CN113014583A

CN113014583A - 一种激光光闸

Info

Publication number: CN113014583A
Application number: CN202110215854.1A
Authority: CN
Inventors: 朱姜华; 王帅彬; 阳奇; 王欣; 王海青; 何晓垒; 底鹏; 于峰; 王健
Original assignee: CETC 54 Research Institute; CETC 34 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute; CETC 34 Research Institute
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2021-06-22

Abstract

本发明公开了一种激光光闸，属于通信技术领域。其包括发送端和接收端，发送端包括发送端电路板和射光模块，接收端包括接收端电路板和感光模块；发送端电路板包括依次连接的发送端网络变压模块、发送端信号转换模块、驱动模块和激光器，射光模块与激光器同轴固定；接收端电路板包括依次连接的探测器、放大模块、接收端信号转换模块、接收端网络变压模块，感光模块与探测器同轴固定。本发明能够满足网络之间物理隔离、数据单向无反馈传输需求，具有较好的抗磁干扰和抗截获能力。

Description

一种激光光闸

技术领域

本发明涉及到通信技术领域，特别涉及一种激光光闸。

背景技术

随着信息化建设的推进，政府、军队、金融机构、企业等机构设施对保密信息的安全传输需求日益增长，主要需求场景是外网向内网、非涉密网向涉密网进行数据导入。根据国家网络等级保护标准及实际应用需求，在以上所述的数据导入场景中，均只允许数据从低安全等级网络流向高安全等级网络，即低安全等级网络对高安全等级网络只有写入权限而没有读取权限，高安全等级网络对低安全等级网络只有读取权限而没有写入权限，两者间数据传输应具有严格的单向流通性。

针对上述需求，目前常用解决网闸、光盘摆渡以及光纤光闸完成信息单向导入。网闸是在传统电连接的网络基础上引入中间设备，通过设置过滤规则实现单向传输，由于电连接具有双向导通特性，所以网闸不可避免地存在数据泄露风险；光盘摆渡通过光盘刻录的方式，将外网信息转储在光盘介质上导入内网，操作繁琐且效率低下；光纤光闸采用分光技术，通过信号一分多路实现发射端自校验、多接收端互校验方式实现数据的单向准确传输，因而线缆连接复杂繁多，设备体积功耗相对较大，且移动性差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种激光光闸；其能够满足网络之间物理隔离、数据单向无反馈传输需求，具有较好的抗磁干扰和抗截获能力。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种激光光闸，包括发送端，所述发送端包括发送端电路板和射光模块，所述发送端电路板包括依次连接的发送端网络变压模块、发送端信号转换模块、驱动模块和激光器；所述发送端电路板上还设有为发送端电路板提供能量支撑的发送端电源模块；

外网的UDP协议以太网信号首先流入发送端网络变压模块，发送端网络变压模块完成外界高电压隔离，并对信号实现杂波抑制和波形恢复；随后信号流入发送端信号转换模块，以太网信号转换成TTL电平的串行数据信号；TTL电平串行数据信号随后流入驱动模块，驱动模块感知信号从而驱动激光器发光。

进一步的，所述发送端还包括射光模块，所述射光模块包括设有外螺纹的发送端螺纹镜筒、具有内螺纹的发送端基座以及准直镜片；所述准直镜片位于发送端螺纹镜筒内，发送端螺纹镜筒和发送端基座螺纹连接；其中，所述激光器和射光模块同轴固定。

一种激光光闸，所述接收端包括接收端电路板和感光模块，所述接收端电路板包括依次连接的探测器、放大模块、接收端信号转换模块和接收端网络变压模块；所述接收端电路板上还设有为接收端电路板提供能量支撑的接收端电源模块；

探测器接收到光信号后，探测器把输入的光束的强度变化转换为相应的微弱电流变化，电流信号由放大模块进行放大成为串行的TTL电平信号，随后，串行的TTL电平信号经过接收端信号转换模块后成为网络电信号，并由接收端网络变压模块升压后导入到内网成为以太网信号。

进一步的，所述接收端还包括感光模块，所述感光模块包括设有外螺纹的接收端螺纹镜筒、具有内螺纹的接收端基座以及聚焦镜片；所述聚焦镜片位于接收端螺纹镜筒内，接收端螺纹镜筒和接收端基座螺纹连接；其中，所述感光模块与探测器同轴固定。

一种激光光闸，包括如上述所述的发送端和接收端；其中，所述激光器和探测器同轴对应。

本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1.本发明以双向传导特性的以太网电信号转换为单向传导特性的空间光信号，不仅在分离的发送端与接收端之间实现了数据的单向传输，而且满足了物理隔离传输需求。

2.本发明通过调节射光模块实现空间光发散角调节，进而控制信号光束的最大有效传输距离，能够满足不同距离通信需求，并且安装灵活。

3.本发明的电学功能模块简洁，射光模块和感光模块通过机械设计和加工公差保证装配精度，使设备易于调试和安装。

4.本发明通过光作为传输载波，具有较好的抗磁干扰和抗截获能力。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例的电路模块示意图。

图中：1、发送端电路板，2、激光器，3、发送端基座，4、准直镜片，5、发送端螺纹镜筒，6、发送端锁紧螺母，7、发送端基座定位孔，10、聚焦镜片，11、接收端基座，12、接收端螺纹镜筒，13、接收端锁紧螺母，14、接收端基座定位孔，15、探测器，16、接收端电路板。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

下面为一个更具体的实施例：

如图1和图2所示，发送端电路模块位于发送端电路板1上，其包括发送端网络变压模块、发送端信号转换模块、发送端主控制管理模块、驱动模块和发送端电源模块；

接收端电路模块位于接收端电路板16上，其包括放大模块、接收端信号转换模块、接收端主控制管理模块、接收端网络变压模块和接收端电源模块。

射光模块包括发送端基座3、准直镜片4、发送端螺纹镜筒5和发送端锁紧螺母6；感光模块包括聚焦镜片10、接收端基座11、接收端螺纹镜筒12和接收端锁紧螺母13。

发送端通过发送端网络变压模块与外网相连，发送端网络变压模块、发送端信号转换模块、驱动模块、激光器在电学上按顺序依次串行连接，发送端主控制管理模块与发送端信号转换模块双向互连，5V直流输入的电源模块与上述所有模块相连以供电；

发送端射光模块通过发送端基座定位孔7固定于发送端电路板1上，与激光器在物理上串联。

接收端中光学模块通过接收端基座定位孔14固定于接收端电路板16上，与探测器15在物理上串联；探测器、放大模块、接收端信号转换模块、接收端网络变压模块在电学上按顺序依次串行连接，并通过接收端网络变压模块与内网相连，接收端主控制管理模块与接收端信号转换模块双向互连，5V直流输入的电源模块与上述所有模块相连以供电。

本发明在工作时，外网的UDP协议以太网信号从发送端流入，并由发送端转换为具有特定指向的空间光信号，经过大气信道传输流入接收端，空间光信号由接收端转换为电信号，最后流入内网，实现信号的单向传输功能。激光光闸工作时，各电路模块和光学模块的作用如下描述：

发送端电源模块，用于内部模块供电，将外部供电转换为发送端内部模块适用的电平。

发送端网络变压模块，用于外部以太网信号的电平耦合，隔离并保护信号转换模块、发送端主控制管理模块等内部模块，提高内部模块抗干扰能力。

发送端信号转换模块，用于将以太网信号转换为串行信号。

发送端主控制管理模块，用于监控信号转换模块工作状态并进行信号管理。

驱动模块，用于驱动激光器正常工作，为激光器提供工作电流，并将信号转换模块输入的电信号转换为适合激光器工作的调制信号；

激光器，用于电光转换，将驱动模块输入的调制信号转换为空间光信号；

射光模块，用于对发送的空间光信号进行光学处理，控制光束发散角；

接收端电源模块，用于内部模块供电，将外部供电转换为接收端内部模块适用的电平；

感光模块，用于接收空间光信号并聚焦于探测器光敏面；

探测器，用于光电转换，将接收到的聚焦空间光信号转换为电流信号，用于后续电学处理。

放大模块，用于对转换的光电信号放大。放大模块包含前置放大电路和主放大电路，其中前置放大电路用于对探测器转换的光电信号直接放大以提高信噪比，主放大电路用于放大前置放大电路输出信号。

接收端信号转换模块，用于将串行信号转换为以太网信号。

接收端主控制管理模块，用于监控信号转换模块工作状态并进行信号管理。

接收端网络变压模块，用于升压以耦合外部以太网信号的电平，隔离并保护信号转换模块、主控制管理模块等内部模块，提高内部模块抗干扰能力。

信号传递过程：外网的UDP协议以太网信号首先流入发送端网络变压模块，网络变压模块完成外界高电压隔离，并对信号实现杂波抑制和波形恢复。随后信号流入发送端信号转换模块，以太网信号被转换TTL电平的串行数据信号。

发送端主控制管理模块完成在工作中对发送端信号转换模块进行硬件配置，主要是完成其芯片寄存器配置使其正常工作，并监控各个电路单元的工作状态，给出相应的指示信号。由发送端信号转换模块输出的TTL电平串行数据信号随后流入驱动模块，驱动模块的主要功能就是为激光器提供工作电流，驱动激光器发光，实现通信数据的电/光转换。激光器驱动电路对调制速率和驱动电流有较高的要求，调制速率表现为光信号的上升/下降时间，驱动电流表现为光功率大小。激光器是有源器件，其发光需要一定的电流条件，称之为阈值电流，当激光器驱动电流大于阈值电流时，激光器发光，反之，当驱动电流小于阈值电流时，激光器不发光或发极其微弱的光，为了实现高的调制速率，当系统正常加电时，驱动电路首先为激光器提供一个约等于阈值电流的偏置电流，使激光器处于准发光状态，此时当电信号为“1”电平时，驱动电路给激光器加上一个调制电流，使激光器发光，当电信号为“0”电平时，驱动电路不提供调制电流，激光器不发光，从而实现对激光器的快速调制。激光器发出的信号光经过射光模块扩束准直处理，成为空间光信号，经过大气信道传输后被接收端光学模块聚焦到探测器上进行接收。

探测器把输入的光束的强度变化转换为相应的微弱电流变化，电流信号由放大模块进行放大成为串行的TTL电平信号，随后，在接收端主控制管理模块的配置和监控下，串行信号经过接收端信号转换模块后成为差分网络电信号，并由接收端网络变压模块升压后导入到内网成为以太网信号，从而实现外网到内网的信息导入。

本发明所述激光光闸，具有如下技术特点：

数据传输单向性：外网输入以太网信号采用UDP协议，在发送端和接收端内部数据流向为单向流通，通信时接收端也无需反馈握手信号给发送端。

物理隔离：以红外激光为信息载体、大气为传输介质，发送端与接收端之间无物理线缆连接。

高安全性：发送端激光器受激发后发射光信号，探测器接收激光信号后转变为电信号，这两个过程是独立的、器件功能是单一的，保证了发送端无激光接收能力，接收端无激光发射能力。

通信距离可调：调节发送端螺纹镜筒可调整准直镜片与激光器间距离，达到空间光信号光束发散角调节目的，从而保证不同距离下接收端探测器接收功率充足，使设备多种通信距离适用。

装配重复性：射光模块和感光模块设计及加工公差控制在±0.05mm，螺纹基座、准直镜片、激光器的装配同轴度高，无需精密装配就能保证发送端发射的空间光信号指向与发送端基座出光面法线平行度偏差小于1°。

抗截获：空间光信号指向性高，发散角度小，光束集中，无旁瓣和尾瓣，在传输路径和达到通信端时覆盖的空间很小，光信号很难被截获，被窃取的难度极高。

抗电磁干扰：无线光通信载频分布于190THz以上，普通的电磁波不会对其产生干扰，在复杂电磁环境、强电磁条件下可正常工作且不会互相干扰。

Claims

1.一种激光光闸，其特征在于，包括发送端，所述发送端包括发送端电路板和射光模块，所述发送端电路板包括依次连接的发送端网络变压模块、发送端信号转换模块、驱动模块和激光器；所述发送端电路板上还设有为发送端电路板提供能量支撑的发送端电源模块；

2.根据权利要求1所述的一种激光光闸，其特征在于，所述发送端还包括射光模块，所述射光模块包括设有外螺纹的发送端螺纹镜筒、具有内螺纹的发送端基座以及准直镜片；所述准直镜片位于发送端螺纹镜筒内，发送端螺纹镜筒和发送端基座螺纹连接；其中，所述激光器和射光模块同轴固定。

3.一种激光光闸，其特征在于，所述接收端包括接收端电路板和感光模块，所述接收端电路板包括依次连接的探测器、放大模块、接收端信号转换模块和接收端网络变压模块；所述接收端电路板上还设有为接收端电路板提供能量支撑的接收端电源模块；

4.根据权利要求3所述的一种激光光闸，其特征在于，所述接收端还包括感光模块，所述感光模块包括设有外螺纹的接收端螺纹镜筒、具有内螺纹的接收端基座以及聚焦镜片；所述聚焦镜片位于接收端螺纹镜筒内，接收端螺纹镜筒和接收端基座螺纹连接；其中，所述感光模块与探测器同轴固定。

5.一种激光光闸，其特征在于，包括如上述权利要求1～2任意一项所述的发送端和如上述权利要求3～4任意一项所述的接收端；其中，所述激光器和探测器同轴对应。