CN113206708A - 一种高动态水下无线光接收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种高动态水下无线光接收系统。包括：偏振分束器，及包括依次排列的第一偏振片、第一聚焦透镜和光功率计；和依次排列的第二偏振片、第二聚焦透镜和光电探测器；第一驱动单元和第二驱动单元；控制器，与第一驱动单元、第二驱动单元和光功率计分别连接，接收光功率计发送的功率值，记录功率值，并结合存储的光电探测器的饱和阈值计算第二偏振片的旋转角度，从而驱动第二驱动单元，以避免光电探测器发生光饱和现象。本发明可以获得进入第二偏振片的第二偏振光的功率值，并结合光电探测器的饱和阈值计算第二偏振片的旋转角度，从而控制第二驱动单元调整第二偏振片的角度，以调整光电探测器的接收光强，从而避免光电探测器发生饱和现象。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种高动态水下无线光接收系统。
背景技术
随着人类对海洋探索的不断进步，水下活动也随之迅速增加，水下通信技术成为探索和开发海洋的关键技术之一。水下无线光通信(Underwater Wireless OpticalCommunication，UWOC)凭借其低延迟、高带宽、低功耗、保密性高等优点，逐渐受到人们的重视。
目前对UWOC的研究中，仍有许多挑战限制着UWOC技术的应用。例如在水下无线光通信接收系统中，光饱和是影响通信系统传输性能的主要因素之一。光电探测器以其高灵敏度、低噪声以及体积小、重量轻等优点而广泛应用于水下无线光通信领域，但是光电探测器极易受到强光的干扰，导致其发生饱和现象。当入射光的功率足够高时，光电探测器的输出信号达到最大值，即使增大入射光功率，光电探测器仍有信号输出，但通信信噪比降低，信号发生失真。因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高动态水下无线光接收系统，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本发明实施例提供一种高动态水下无线光接收系统，该系统包括：
偏振分束器，将进入该偏振分束器的入射光分为两束偏振态正交的第一偏振光和第二偏振光，并将所述第一偏振光和第二偏振光进行发射；及
包括依次排列的第一偏振片、第一聚焦透镜和光功率计；
和依次排列的第二偏振片、第二聚焦透镜和光电探测器；
第一驱动单元和第二驱动单元，用于控制对应的所述第一偏振片和第二偏振片进行转动；
所述光功率计接收透过所述第一偏振片、第一聚焦透镜的所述第一偏振光，并测量所述第一偏振光的功率值，并将该功率值进行发送；
所述光电探测器接收透过所述第二偏振片、第二聚焦透镜的所述第二偏振光，并将该第二偏振光的光信号转换为电信号；
控制器，与所述第一驱动单元、第二驱动单元和光功率计分别连接，接收所述光功率计发送的所述功率值，并判断所述功率值是否大于预设值，若小于等于所述预设值，该控制器则记录所述功率值，并结合存储的所述光电探测器的饱和阈值计算所述第二偏振片的旋转角度，从而驱动所述第二驱动单元，以避免所述光电探测器发生光饱和现象。
本发明的实施例中，若所述控制器接收的所述功率值大于所述预设值，则控制所述第一驱动单元转动所述第一偏振片，直至所述功率值小于或等于所述预设值，并根据当前功率值计算进入所述第一偏振片之前的光功率值，并记录该光功率值。
本发明的实施例中，所述控制器根据当前所述光功率计测量的功率值和当前所述第一偏振片偏转的角度计算所述光功率值。
本发明的实施例中，所述控制器根据记录的所述光功率值和存储的所述光电探测器的饱和阈值计算所述第二偏振片的旋转角度，并驱动所述第二驱动单元带动所述第二偏振片进行转动，以避免所述光电探测器发生光饱和现象。
本发明的实施例中，所述第一聚焦透镜用于对接收到的所述第一偏振光进行聚焦，所述第二聚焦透镜用于对接收到的所述第二偏振光进行聚焦。
本发明的实施例中，所述预设值为所述光功率计的饱和功率值的0.9倍。
本发明的实施例中，所述第一偏振片设置于所述偏振分束器的后方，用于接收所述偏振分束器发射的所述第一偏振光。
本发明的实施例中，所述第二偏振片设置于所述偏振分束器的后方，用于接收所述偏振分束器发射的所述第二偏振光。
本发明的实施例中，所述第一偏振光与所述第二偏振光及所述入射光相互平行。
本发明的实施例中，所述光电探测器采用APD130A探测器。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明的一种实施例中，根据上述实施例提供的高动态水下无线光接收系统，将第一偏振光通过第一偏振片、第一聚焦透镜和光功率计，可通过第一驱动单元调整第一偏振片的角度，从而获得进入第二偏振片的第二偏振光的功率值，并结合光电探测器的饱和阈值计算第二偏振片的旋转角度，从而控制第二驱动单元调整第二偏振片的角度，以调整光电探测器的接收光强，从而避免光电探测器发生饱和现象。
附图说明
图1示出本发明示例性实施例中水下无线光接收系统的流程图。
图中：偏振分束器100；第一偏振片201；第一聚焦透镜202；光功率计203；第一驱动单元204；第二偏振片301；第二聚焦透镜302；光电探测器303；第二驱动单元304；控制器400。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
本示例实施方式中提供了一种高动态水下无线光接收系统。参考图1中所示，该系统可以包括：偏振分束器100、依次排列的第一偏振片201、第一聚焦透镜202和光功率计203，依次排列的第二偏振片301、第二聚焦透镜302和光电探测器303，第一驱动单元204和第二驱动单元304和控制器400。
偏振分束器100将进入该偏振分束器100的入射光分为两束偏振态正交的第一偏振光和第二偏振光，并将所述第一偏振光和第二偏振光进行发射；第一驱动单元204和第二驱动单元304，用于控制对应的所述第一偏振片201和第二偏振片301进行转动；所述光功率计203接收透过所述第一偏振片201、第一聚焦透镜202的所述第一偏振光，并测量所述第一偏振光的功率值，并将该功率值进行发送；所述光电探测器303接收透过所述第二偏振片301、第二聚焦透镜302的所述第二偏振光，并将该第二偏振光的光信号转换为电信号；控制器400，与所述第一驱动单元204、第二驱动单元304和光功率计203分别连接，接收所述光功率计203发送的所述功率值，并判断所述功率值是否大于预设值，若小于等于所述预设值，该控制器400则记录所述功率值，并结合存储的所述光电探测器303的饱和阈值计算所述第二偏振片301的旋转角度，从而驱动所述第二驱动单元304，以避免所述光电探测器303发生光饱和现象。
具体的，当光束达到接收端，首先经过偏振分束器100将入射光分为两束偏振正交的偏振光，即第一偏振光和第二偏振光，两束偏振光分别经过第一偏振片201、第二偏振片301，由于两束偏振光分别到达两个偏振片时的光功率是相等的，所以当第一偏振片201的角度未发生改变时，经过第一聚焦透镜202后光功率计203的测量值即为入射第一偏振光的光功率值。此时到达第二偏振片301的入射第二偏振光的光功率值是已知的，根据光电探测器303的饱和阈值，调整第二偏振片301的角度，即可衰减入射第二偏振光的光强，进而减小入射第二偏振光的光功率，使光电探测器303不会发生饱和现象。
在一个示例中，光束到达接收系统时，假设接收光功率为10μW，经过偏振分束器100将入射光分为两束偏振正交的偏振光，即第一偏振光和第二偏振光，且两束偏振光与入射光平行，功率值都为5μW；第一偏振片201置于偏振分束器100后对接收到的第一偏振光具有衰减和透过的作用，当第一偏振片201角度未发生变化时，第一偏振光完全通过，即经过第一偏振片201后第一偏振光的光功率为5μW；第一聚焦透镜202置于第一偏振片201后将接收到的光全部聚焦；光功率计203测量第一聚焦透镜202后第一偏振光的功率值，即5μW；所述光功率计203的饱和值假设为10μW，即所测第一偏振光的功率值小于光功率计203的饱和值，不需调整第一偏振片201的角度。
那么，到达第二偏振光的功率即为5μW；光电探测器303将接收到的光信号转换为电信号，在一个示例中，光电探测器303使用APD130A探测器，但不限于此，且该光电探测器303的饱和光功率为1.5μW，此时透过第二偏振片301的光功率为5μW，即大于光电探测器303的饱和功率，需要对入射至光电探测器303的第二偏振光进行衰减，保证光电探测器303不会发生饱和现象；而第二偏振片301对接收到的第二偏振光具有衰减和透过的作用，由于到达第二偏振片301的光功率值大于光电探测器303的饱和阈值，需调整第二偏振片301的角度使光强衰减，功率值为5μW的第二偏振光经过第二偏振片301，第二偏振片301旋转60度，此时透过第二偏振片301的光功率为1.25μW，小于光电探测器303的饱和阈值。
通过上述无线光接收系统，将第一偏振光通过第一偏振片201、第一聚焦透镜202和光功率计203，可通过第一驱动单元204调整第一偏振片201的角度，从而获得进入第二偏振片301的第二偏振光的功率值，并结合光电探测器303的饱和阈值计算第二偏振片301的旋转角度，从而控制第二驱动单元304调整第二偏振片301的角度，以调整光电探测器303的接收光强，从而避免光电探测器303发生饱和现象。
下面，将参考图1对本示例实施方式中的上述无线光接收系统的各个结构进行更详细的说明。
在一个实施例中，若所述控制器400接收的所述功率值大于所述预设值，则控制所述第一驱动单元204转动所述第一偏振片201，直至所述功率值小于或等于所述预设值，并根据当前功率值计算进入所述第一偏振片201之前的光功率值，并记录该光功率值。
具体的，经过第一聚焦透镜202后的第一偏振光的光功率计203测量值大于光功率计203的饱和值，则需调整第一偏振片201的角度，使第一偏振光的功率小于光功率计203的饱和值，以保证光功率计203正常工作，控制器400可通过控制第一驱动单元204持续驱动第一偏振片201，以改变达到光功率计203的光功率值，当功率值小于或等于预设值时，第一驱动单元204便停止工作，控制器400对此时的功率值及第一偏振片201的旋转角度进行记录，并计算进入第一偏振片201之前的光功率值。在一个示例中，所述控制器400根据当前所述光功率计203测量的功率值和当前所述第一偏振片201偏转的角度计算所述光功率值。具体的，控制器400通过记录的光功率值及第一偏振片201的旋转角度能够逆推出进入第一偏振片201前的光功率值，该光功率值相当于进入第二偏振片301之前的第二偏振光的光功率值。具体计算公式可参考现有光强计算公式，在此不再赘述。
在一个实施例中，所述控制器400根据记录的所述光功率值和存储的所述光电探测器303的饱和阈值计算所述第二偏振片301的旋转角度，并驱动所述第二驱动单元304带动所述第二偏振片301进行转动，以避免所述光电探测器303发生光饱和现象。
在一个示例中，光束到达接收系统时，假设接收光功率为30μW，经过偏振分束器100将入射光分为两束偏振正交的偏振光，且两束偏振光与入射光平行，光功率都为15μW；第一偏振片201置于偏振分束器100后对接收到的第一偏振光具有衰减和透过的作用，当第一偏振片201角度未发生变化时，第一偏振光完全通过，即经过第一偏振片201后第一偏振光的光功率为15μW；第一聚焦透镜202置于第一偏振片201后将接收到的第一偏振光全部聚焦；光功率计203测量第一聚焦透镜202后第一偏振光的功率值，即15μW；所述光功率计203的饱和值假设为10μW，即所测第一偏振光的功率值大于光功率计203的饱和值，需调整第一偏振片201的角度，功率值为15μW的第一偏振光经过第一偏振片201后的功率值应小于10μW，若第一偏振片201旋转45度，则此时透过第一偏振片201的光功率值为7.5μW；控制器400可根据此时的光功率值7.5μW以及第一偏振片201的旋转角度45度逆推出进入第一偏振片201的光功率值，即进入第二偏振片301前的光功率值。
另外，光电探测器303将接收到的光信号转换为电信号，本示例中使用APD130A作为光电探测器303，且它的饱和光功率为1.5μW，此时透过第二偏振片301的光功率为15μW，即大于光电探测器303的饱和功率，需要对入射至光电探测器303的光进行衰减，保证光电探测器303不会发生饱和现象；第二偏振片301置于偏振分束器100后对接收到的第二偏振光具有衰减和透过的作用，由于直接透过第二偏振片301的光功率大于光电探测器303的饱和阈值，需调整第二偏振片301的角度使光强衰减，功率值为15μW的第二偏振光经过第二偏振片301，第二偏振片301旋转75度，此时透过第二偏振片301的光功率约为1μW，小于光电探测器303的饱和阈值。
在一个实施例中，所述第一聚焦透镜202用于对接收到的所述第一偏振光进行聚焦，所述第二聚焦透镜302用于对接收到的所述第二偏振光进行聚焦。具体的，第一聚焦透镜202和第二聚焦透镜302分别对接收到的第一偏振光和第二偏振光进行聚焦，然后分别发射至光功率计203和光电探测器303。
在一个实施例中，所述预设值为所述光功率计203的饱和功率值的0.9倍。具体的，预设值可小于光功率的饱和功率值，也可将预设值设置为光功率计203的饱和功率值的0.9倍，但不限于此。
在一个实施例中，所述第一偏振片201设置于所述偏振分束器100的后方，用于接收所述偏振分束器100发射的所述第一偏振光。所述第二偏振片301设置于所述偏振分束器100的后方，用于接收所述偏振分束器100发射的所述第二偏振光。具体的，第一偏振片201和第二偏振片301均接收偏振分束器100发射出的偏振光，以对接收到的偏振光进行功率调整。
通过上述无线光接收系统，将第一偏振光通过第一偏振片201、第一聚焦透镜202和光功率计203，可通过第一驱动单元204调整第一偏振片201的角度，从而获得进入第二偏振片301的第二偏振光的功率值，并结合光电探测器303的饱和阈值计算第二偏振片301的旋转角度，从而控制第二驱动单元304调整第二偏振片301的角度，以调整光电探测器303的接收光强，从而避免光电探测器303发生饱和现象。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (10)
1.一种高动态水下无线光接收系统，其特征在于，该系统包括：
偏振分束器，将进入该偏振分束器的入射光分为两束偏振态正交的第一偏振光和第二偏振光，并将所述第一偏振光和第二偏振光进行发射；及
包括依次排列的第一偏振片、第一聚焦透镜和光功率计；
和依次排列的第二偏振片、第二聚焦透镜和光电探测器；
第一驱动单元和第二驱动单元，用于控制对应的所述第一偏振片和第二偏振片进行转动；
所述光功率计接收透过所述第一偏振片、第一聚焦透镜的所述第一偏振光，并测量所述第一偏振光的功率值，并将该功率值进行发送；
所述光电探测器接收透过所述第二偏振片、第二聚焦透镜的所述第二偏振光，并将该第二偏振光的光信号转换为电信号；
控制器，与所述第一驱动单元、第二驱动单元和光功率计分别连接，接收所述光功率计发送的所述功率值，并判断所述功率值是否大于预设值，若小于等于所述预设值，该控制器则记录所述功率值，并结合存储的所述光电探测器的饱和阈值计算所述第二偏振片的旋转角度，从而驱动所述第二驱动单元，以避免所述光电探测器发生光饱和现象。
2.根据权利要求1所述水下无线光接收系统，其特征在于，若所述控制器接收的所述功率值大于所述预设值，则控制所述第一驱动单元转动所述第一偏振片，直至所述功率值小于或等于所述预设值，并根据当前功率值计算进入所述第一偏振片之前的光功率值，并记录该光功率值。
3.根据权利要求2所述水下无线光接收系统，其特征在于，所述控制器根据当前所述光功率计测量的功率值和当前所述第一偏振片偏转的角度计算所述光功率值。
4.根据权利要求3所述水下无线光接收系统，其特征在于，所述控制器根据记录的所述光功率值和存储的所述光电探测器的饱和阈值计算所述第二偏振片的旋转角度，并驱动所述第二驱动单元带动所述第二偏振片进行转动，以避免所述光电探测器发生光饱和现象。
5.根据权利要求1所述水下无线光接收系统，其特征在于，所述第一聚焦透镜用于对接收到的所述第一偏振光进行聚焦，所述第二聚焦透镜用于对接收到的所述第二偏振光进行聚焦。
6.根据权利要求1所述水下无线光接收系统，其特征在于，所述预设值为所述光功率计的饱和功率值的0.9倍。
7.根据权利要求1所述水下无线光接收系统，其特征在于，所述第一偏振片设置于所述偏振分束器的后方，用于接收所述偏振分束器发射的所述第一偏振光。
8.根据权利要求7所述水下无线光接收系统，其特征在于，所述第二偏振片设置于所述偏振分束器的后方，用于接收所述偏振分束器发射的所述第二偏振光。
9.根据权利要求8所述水下无线光接收系统，其特征在于，所述第一偏振光与所述第二偏振光及所述入射光相互平行。
10.根据权利要求1所述水下无线光接收系统，其特征在于，所述光电探测器采用APD130A探测器。
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