CN109617612A - 自由空间中光信号对准传输装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种自由空间中光信号对准传输装置、系统及方法，对准传输装置包括光引擎和准直透镜模组，光引擎与准直透镜模组连接；光引擎用于将电信号转换成光信号，准直透镜模组用于将光引擎传输过来的光信号进行准直后送入自由空间进行传输；准直透镜模组还用于对自由空间中的光信号进行整型后送入光引擎内，光引擎还用于将光信号转换成电信号；光引擎包括基板以及设置在基板上的激光器驱动芯片、激光器、阵列透镜模组、光电二极管和电信号放大芯片；激光器与激光器驱动芯片和阵列透镜模组连接，光电二极管的一端与阵列透镜模组连接，其另一端与电信号放大芯片连接。本申请能够取代铜线、背板等连接，提高通信速率，实现自由空间中的光通信。

Description

自由空间中光信号对准传输装置、系统及方法

技术领域

本申请属于信息传输技术领域，具体涉及一种自由空间中光信号对准传输装置、系统及方法。

背景技术

随着通讯领域传输容量的日益增长，传统的传输技术已很难满足传输容量及传输速度的要求。同时，随着各种智能终端计算能力的不断提高以及越来越轻薄便携，传统用于信号传输的线缆的使用对于用户来说越来越不便捷。虽然WIFI、蓝牙等无线电信号传输技术在一定程度上能够缓解这种不便，但是现有的无线电信号传输技术在高速信号传输上具有明显的局限性。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种自由空间中光信号对准传输装置、系统及方法。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种自由空间中光信号对准传输装置，其包括光引擎和准直透镜模组，所述光引擎与准直透镜模组连接；

所述光引擎用于将电信号转换成光信号，所述准直透镜模组用于将所述光引擎传输过来的光信号进行准直后送入自由空间进行传输；所述准直透镜模组还用于对接收到的自由空间中的光信号进行整型后送入所述光引擎内，所述光引擎还用于将光信号转换成电信号；

所述光引擎包括基板以及设置在所述基板上的激光器驱动芯片、激光器、阵列透镜模组、光电二极管和电信号放大芯片；

外部载有信息的电信号输入至所述激光器驱动芯片，所述激光器驱动芯片驱动所述激光器发光；所述阵列透镜模组用于对光信号进行准直和全发射或进行准直和直射，所述准直透镜模组对所述光引擎传输过来的光信号进行准直后送入自由空间进行传输；

所述准直透镜模组对接收到的自由空间中的光信号进行整型后送入所述阵列透镜模组，所述阵列透镜模组对传输过来的光信号进行整理后送入所述光电二极管，所述光电二极管将光信号转换成电信号后再送入所述电信号放大芯片进行放大，所述电信号放大芯片输出的信号送入外部电路。

进一步地，所述自由空间中光信号对准传输装置还包括光纤，所述光引擎通过所述光纤与所述准直透镜模组连接。

进一步地，所述阵列透镜模组采用一个或多个透镜。

更进一步地，所述阵列透镜模组采用一个透镜，且对光路实现转折时，所述透镜包括第一表面、第二表面和第三表面；

发射出的光信号通过所述透镜的所述第一表面进入所述透镜，经所述第二表面反射后由所述第三表面透射出透镜，进入所述准直透镜模组；

经所述准直透镜模组准直后的光信号通过所述透镜的所述第三表面进入所述透镜，经所述第二表面反射后由所述第一表面透射出所述透镜，进入所述光电二极管。

更进一步地，所述透镜的第二表面与光信号的入射方向之间的夹角为45°。

更进一步地，所述阵列透镜模组采用一个透镜，且对光路实现直射时，所述透镜包括第四表面和第五表面；

发射出的光信号通过所述透镜的所述第四表面进入所述透镜，经所述第五表面透射出所述透镜，直接进入所述准直透镜模组；

经所述准直透镜模组准直后的光信号通过所述透镜的所述第五表面进入所述透镜，经所述第四表面透射出所述透镜，进入所述光电二极管。

进一步地，所述自由空间中光信号对准传输装置还包括WDM器件，所述WDM器件用于将多路所述光引擎输出的光信号合成一路光信号进行传输，还用于将接收到的一路光信号分离成多路光信号进行传输。

根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种自由空间中光信号对准传输系统，其包括驱动控制器和至少一个信息收发晶片，上述任一所述自由空间中光信号对准传输装置设置在所述信息收发晶片上，所述信息收发晶片上还设置有收发切换开关；

所述驱动控制器控制所述收发切换开关进行状态切换，所述激光器驱动芯片驱动所述激光器将电信号转换为光信号，再依次通过所述阵列透镜模组进行转折或直射后，传输至所述准直透镜模组进行准直后送入自由空间进行传输；

所述准直透镜模组将光信号进行准直后送入所述阵列透镜模组，由所述阵列透镜模组进行转折或直射后送入所述光电二极管，光信号通过所述光电二极管转换成电信号后送入所述电信号放大芯片进行放大并输出。

根据本申请实施例的第三方面，本申请还提供了一种自由空间中光信号对准传输方法，其包括以下步骤：

驱动控制器通过激光器驱动芯片驱动激光器将需要传输的电信号转换为光信号；

光信号进入阵列透镜模组中进行转折或直射；

从阵列透镜模组透射出的光信号汇聚至光纤进行传输或直接进入准直透镜模组；

准直透镜模组将一路或者多路光信号准直成准直光束后进入自由空间进行传输。

进一步地，自由空间中光信号对准传输方法还包括以下步骤：

准直透镜模组对自由空间传输过来的光信号进行汇聚后送入光纤或直接送入阵列透镜模组；

阵列透镜模组对来自光纤的一路或者多路光信号的光束进行整理并全反射后送入光电二极管，或者经过整理后直接送入光电二极管；

光电二极管将接收到的光信号转换成电信号后送入电信号放大芯片进行放大后并输出。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请通过设置光引擎和准直透镜模组，光引擎通过光纤或直接与准直透镜模组连接，能够取代铜线、背板等连接，提高通信速率，降低升级成本，实现自由空间中的光通信，与现有的无线电信号通信相比，能够满足高速信号传输的需求；本申请还将光信号发送、对准、传输和接收的器件集成在一起，能够简化设计，满足不同的应用需求。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1为本申请具体实施方式提供的一种自由空间中光信号对准传输装置的结构示意图之一。

图2为本申请具体实施方式提供的一种自由空间中光信号对准传输装置中阵列透镜模组的一个实施例的示意图。

图3为本申请具体实施方式提供的一种自由空间中光信号对准传输装置中阵列透镜模组的另一个实施例的示意图。

图4为本申请具体实施方式提供的一种自由空间中光信号对准传输装置的结构示意图之二。

图5为本申请具体实施方式提供的一种自由空间中光信号对准传输方法流程图之一。

图6为本申请具体实施方式提供的一种自由空间中光信号对准传输方法流程图之二。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。

本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

自由空间光通信是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术。简言之，就是一种大气无线激光通信技术，其结合了光纤3通信与微波通信的优点，既具有大通信容量、高速传输的优点，又不需要铺设光纤3。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种自由空间中光信号对准传输装置的结构示意图之一。如图1所示，自由空间中光信号对准传输装置包括光引擎1和准直透镜模组2，光引擎1直接与准直透镜模组2连接。

发射光信号时，光引擎1用于将电信号转换成光信号，准直透镜模组2用于将光引擎1传输过来的光信号进行准直后送入自由空间进行传输。接收光信号时，准直透镜模组2用于对接收到的自由空间中的光信号进行整型后送入光引擎1内，光引擎1用于将光信号转换成电信号。

具体地，光引擎1包括基板以及设置在基板上的激光器驱动芯片11、激光器12、阵列透镜模组13、光电二极管14和电信号放大芯片15。激光器驱动芯片11与激光器12连接，激光器12与阵列透镜模组13连接。光电二极管14的一端与阵列透镜模组13连接，其另一端与电信号放大芯片15连接。其中，基板包括但不限于PCB板、陶瓷基板等。

发射光信号时，外部载有信息的电信号可以通过引脚输入至激光器驱动芯片11，激光器驱动芯片11驱动激光器12发光。光信号通过阵列透镜模组13整理后进入准直透镜模组2。准直透镜模组2对光引擎1传输过来的光信号进行准直后送入自由空间进行传输。

接收光信号时，准直透镜模组2对接收到的自由空间中的光信号进行整型后送入阵列透镜模组13，阵列透镜模组13对传输过来的光信号进行整理后送入光电二极管14，光电二极管14将光信号转换成电信号后再送入电信号放大芯片15进行放大，电信号放大芯片15输出的信号可以通过引脚送入外部电路。

在本实施例中，阵列透镜模组13和准直透镜模组2都可以对光信号进行双向传输，也都可以对光信号进行单向传输。阵列透镜模组13可以对光路实现转折或直射。

图2为本申请自由空间中光信号对准传输装置中阵列透镜模组13的一个实施例的示意图。阵列透镜模组13可以采用一个或多个透镜。当阵列透镜模组13采用一个透镜，且对光路实现转折时，如图2所示，透镜包括第一表面131、第二表面132和第三表面133。在发射光信号时，发射出的光信号通过透镜的第一表面131进入透镜，经第二表面132反射后由第三表面133透射出透镜，进入准直透镜模组2。在接收信号时，经准直透镜模组2准直后的光信号通过透镜的第三表面133进入透镜，经第二表面132反射后由第一表面131透射出透镜，进入光电二极管14。优选地，透镜的第二表面132与光信号的入射方向之间的夹角为45°。

图3为本申请自由空间中光信号对准传输装置中阵列透镜模组13的另一个实施例的示意图。当阵列透镜模组13采用一个透镜，且对光路实现直射时，如图3所示，透镜包括第四表面134和第五表面135。在发射光信号时，发射出的光信号通过透镜的第四表面134进入透镜，经第五表面135透射出透镜，直接进入准直透镜模组2。在接收信号时，经准直透镜模组2准直后的光信号通过透镜的第五表面135进入透镜，经第四表面134透射出透镜，进入光电二极管14。

在本实施例中，准直透镜模组2采用一个或多个聚合透镜。

本申请实施例提供的自由空间中光信号对准传输装置中光引擎1直接与准直透镜模组2连接，且用于光信号发送、对准、传输和接收的器件集成在一起，能够取代铜线、背板等连接，提高通信速率，降低升级成本；还能够简化设计，满足不同的应用需求。

实施例二

图4为本申请实施例提供的一种自由空间中光信号对准传输装置的结构示意图之二。如图4所示，自由空间中光信号对准传输装置包括光引擎1、准直透镜模组2和光纤3，光引擎1通过光纤3与准直透镜模组2连接。

发射光信号时，光引擎1用于将电信号转换成光信号，光纤3用于信号传输，准直透镜模组2用于将光纤3传输过来的光信号进行准直后送入自由空间进行传输。接收光信号时，准直透镜模组2用于对接收到的自由空间中的光信号进行整型后通过光纤3送入光引擎1内，光引擎1用于将光信号转换成电信号。

光引擎1的电路结构与实施例1中相同，在此不再赘述。

发射光信号时，外部载有信息的电信号输入至激光器驱动芯片11，激光器驱动芯片11驱动激光器12发光。光信号通过阵列透镜模组13整理后通过光纤3进入准直透镜模组2。准直透镜模组2对光纤3传输过来的光信号进行准直后送入自由空间进行传输。

接收光信号时，准直透镜模组2对接收到的自由空间中的光信号进行整型后通过光纤3送入阵列透镜模组13，阵列透镜模组13对传输过来的光信号进行整理后进入光电二极管14，光电二极管14将光信号转换成电信号后再送入电信号放大芯片15进行放大，电信号放大芯片15输出的信号送入外部电路。

在本实施例中，阵列透镜模组13和准直透镜模组2都可以对光信号进行双向传输，也都可以对光信号进行单向传输。阵列透镜模组13可以对光路实现转折或直射。

在本实施例中，阵列透镜模组13和准直透镜模组2所采用的结构均与实施例1中相同，在此不再赘述。

本申请实施例提供的自由空间中光信号对准传输装置中光引擎1通过光纤3与准直透镜模组2连接，且用于光信号发送、对准、传输和接收的器件集成在一起，能够取代铜线、背板等连接，提高通信速率，降低升级成本；还能够简化设计，满足不同的应用需求。

实施例三

在上述实施例一和实施例二的基础上，自由空间中光信号对准传输装置还包括WDM器件，WDM器件是对光波长进行合成与分离的器件，对光波长进行合成时用作合波器，对光波长进行分离时用作分波器。发射光信号时，WDM器件用于将多路光引擎1输出的光信号合成一路光信号进行传输。接收光信号时，WDM器件用于将接收到的一路光信号分离成多路光信号进行传输。

在上述实施例一和实施例二的基础上，自由空间中光信号对准传输装置还包括对准组件，对准组件可以为定位销或定位孔，对准组件设置在基板上。对准组件的设置便于两个配对使用的光引擎1进行对准。具体使用时，第一光信号对准传输装置作为发射端，第二光信号对准传输装置作为接收端。第一光信号对准传输装置的光引擎的基板上设置定位销，第二光信号对准传输装置的光引擎的基板上设置定位孔，定位销和定位孔配合使用，使得第一光信号对准传输装置上的光引擎与第二光信号对准传输装置上的光引擎进行对准。

实施例四

本申请实施例还提供了一种自由空间中光信号对准传输系统，其包括驱动控制器和至少一个信息收发晶片。自由空间中光信号对准传输装置设置在信息收发晶片上，信息收发晶片上还设置有收发切换开关。

在驱动控制器的控制下，收发切换开关切换至发射状态时，激光器驱动芯片11驱动激光器12将需要传输的电信号转换为光信号，再依次通过阵列透镜模组13进行转折或直射后，传输至准直透镜模组2进行准直后送入自由空间进行传输。

在驱动控制器的控制下，收发切换开关切换至接收状态时，准直透镜模组2将接收到的光信号进行准直后送入阵列透镜模组13，由阵列透镜模组13进行转折或直射后送入光电二极管14，光信号通过光电二极管14转换成电信号后送入电信号放大芯片15进行放大并输出。

基于本申请上述实例提供的自由空间中光信号对准传输系统，通过在自由空间中光信号对准传输系统中设置信息收发晶片，并在信息收发晶片上设置收发切换开关，能够一体化地实现光信号的发送和接收。

优选地，光引擎1中的激光器12可以采用VCSEL(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，垂直腔面发射激光器12)。

实施例五

在实施例四提供的自由空间中光信号对准传输系统的基础上，本申请实施例还提供了一种自由空间中光信号对准传输方法。图5为本申请自由空间中光信号对准传输方法的流程图之一。如图5所示，本申请自由空间中光信号对准传输方法用于光信号发射时，其包括以下步骤：

S1、驱动控制器通过激光器驱动芯片11驱动激光器12将需要传输的电信号转换为光信号。

S2、光信号进入阵列透镜模组13中进行转折或直射。

S3、从阵列透镜模组13透射出的光信号汇聚至光纤3进行传输或直接进入准直透镜模组2。

S4、准直透镜模组2将一路或者多路光信号准直成准直光束后进入自由空间进行传输。

实施例六

在实施例四提供的自由空间中光信号对准传输系统的基础上，本申请实施例还提供了一种自由空间中光信号对准传输方法。图6为本申请自由空6中光信号对准传输方法的流程图之二。如图6所示，本申请自由空间中光信号对准传输方法用于光信号接收时，其包括以下步骤：

S5、准直透镜模组2对自由空间传输过来的光信号进行汇聚后送入光纤3或直接送入阵列透镜模组13。

S6、阵列透镜模组13对来自光纤3的一路或者多路光信号的光束进行整理并全反射后送入光电二极管14，或者经过整理后直接送入光电二极管14。

S7、光电二极管14将接收到的光信号转换成电信号后送入电信号放大芯片15进行放大后并输出。

基于本申请上述实施例提供的自由空间中光信号对准传输方法，发射时通过激光器驱动芯片11、激光器12、阵列透镜模组13、光纤3和准直透镜模组2，将光信号送入自由空间中进行传输；接收时通过准直透镜模组2、光纤3、阵列透镜模组13、光电二极管14和电信号放大芯片15，对光信号进行接收；能够在不铺设线缆的情况下，实现智能终端之间的通信，而且与现有的无线电信号传输方式相比，光信号的传输能够满足高速信号传输的需求。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种自由空间中光信号对准传输装置，其特征在于，包括光引擎和准直透镜模组，所述光引擎与准直透镜模组连接；

所述光引擎用于将电信号转换成光信号，所述准直透镜模组用于将所述光引擎传输过来的光信号进行准直后送入自由空间进行传输；所述准直透镜模组还用于对接收到的自由空间中的光信号进行整型后送入所述光引擎内，所述光引擎还用于将光信号转换成电信号；

所述光引擎包括基板以及设置在所述基板上的激光器驱动芯片、激光器、阵列透镜模组、光电二极管和电信号放大芯片；

外部载有信息的电信号输入至所述激光器驱动芯片，所述激光器驱动芯片驱动所述激光器发光；所述阵列透镜模组用于对光信号进行准直和全发射或进行准直和直射，所述准直透镜模组对所述光引擎传输过来的光信号进行准直后送入自由空间进行传输；

所述准直透镜模组对接收到的自由空间中的光信号进行整型后送入所述阵列透镜模组，所述阵列透镜模组对传输过来的光信号进行整理后送入所述光电二极管，所述光电二极管将光信号转换成电信号后再送入所述电信号放大芯片进行放大，所述电信号放大芯片输出的信号送入外部电路。

2.根据权利要求1所述的自由空间中光信号对准传输装置，其特征在于，所述自由空间中光信号对准传输装置还包括光纤，所述光引擎通过所述光纤与所述准直透镜模组连接。

3.根据权利要求1或2所述的自由空间中光信号对准传输装置，其特征在于，所述阵列透镜模组采用一个或多个透镜。

4.根据权利要求3所述的自由空间中光信号对准传输装置，其特征在于，所述阵列透镜模组采用一个透镜，且对光路实现转折时，所述透镜包括第一表面、第二表面和第三表面；

发射出的光信号通过所述透镜的所述第一表面进入所述透镜，经所述第二表面反射后由所述第三表面透射出透镜，进入所述准直透镜模组；

经所述准直透镜模组准直后的光信号通过所述透镜的所述第三表面进入所述透镜，经所述第二表面反射后由所述第一表面透射出所述透镜，进入所述光电二极管。

5.根据权利要求4所述的自由空间中光信号对准传输装置，其特征在于，所述透镜的第二表面与光信号的入射方向之间的夹角为45°。

6.根据权利要求3所述的自由空间中光信号对准传输装置，其特征在于，所述阵列透镜模组采用一个透镜，且对光路实现直射时，所述透镜包括第四表面和第五表面；

发射出的光信号通过所述透镜的所述第四表面进入所述透镜，经所述第五表面透射出所述透镜，直接进入所述准直透镜模组；

经所述准直透镜模组准直后的光信号通过所述透镜的所述第五表面进入所述透镜，经所述第四表面透射出所述透镜，进入所述光电二极管。

7.根据权利要求1或2所述的自由空间中光信号对准传输装置，其特征在于，所述自由空间中光信号对准传输装置还包括WDM器件，所述WDM器件用于将多路所述光引擎输出的光信号合成一路光信号进行传输，还用于将接收到的一路光信号分离成多路光信号进行传输。

8.一种自由空间中光信号对准传输系统，其特征在于，包括驱动控制器和至少一个信息收发晶片，权利要求1～7任一项所述自由空间中光信号对准传输装置设置在所述信息收发晶片上，所述信息收发晶片上还设置有收发切换开关；

所述驱动控制器控制所述收发切换开关进行状态切换，所述激光器驱动芯片驱动所述激光器将电信号转换为光信号，再依次通过所述阵列透镜模组进行转折或直射后，传输至所述准直透镜模组进行准直后送入自由空间进行传输；

所述准直透镜模组将光信号进行准直后送入所述阵列透镜模组，由所述阵列透镜模组进行转折或直射后送入所述光电二极管，光信号通过所述光电二极管转换成电信号后送入所述电信号放大芯片进行放大并输出。

9.一种自由空间中光信号对准传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

驱动控制器通过激光器驱动芯片驱动激光器将需要传输的电信号转换为光信号；

光信号进入阵列透镜模组中进行转折或直射；

从阵列透镜模组透射出的光信号汇聚至光纤进行传输或直接进入准直透镜模组；

准直透镜模组将一路或者多路光信号准直成准直光束后进入自由空间进行传输。

10.根据权利要求9所述的自由空间中光信号对准传输方法，其特征在于，还包括以下步骤：

准直透镜模组对自由空间传输过来的光信号进行汇聚后送入光纤或直接送入阵列透镜模组；

阵列透镜模组对来自光纤的一路或者多路光信号的光束进行整理并全反射后送入光电二极管，或者经过整理后直接送入光电二极管；

光电二极管将接收到的光信号转换成电信号后送入电信号放大芯片进行放大后并输出。