CN114089488A - 一种自由空间传输的光组件、光通信模块及光通信系统 - Google Patents

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Abstract

一种自由空间传输的光组件、光通信模块及光通信系统，光组件包括45°滤波片、0°滤波片，45°滤波片能够反射的光信号的波长与能够穿过45°滤波片的光信号的波长不同、与能够穿过0°滤波片的光信号的波长相同，45°滤波片一侧设置激光器，另一侧设置平凸透镜，该光组件接收的特定波长的光信号穿过平凸透镜并汇聚，然后经45°滤波片反射后穿过0°滤波片，0°滤波片另一侧设置探测器；光组件与印制板等器件组成光通信模块，两个光通信模块组成光通信系统。该光通信模块只需要一个光口就可以同时发射及接收光信号，因此体积较小，并且两个光通信模块的光信号的传输距离更远。

Description

一种自由空间传输的光组件、光通信模块及光通信系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种自由空间传输的光组件、光通信模块及光通信系统。
背景技术
自由空间传输光通信模块是在传统光通信模块的基础上，去掉了传输介质-光纤，使得光信号在空气或真空中传播，从而实现无光纤通信。现有自由空间传输光通信模块组成的光通信系统的通信方式如图1所示，RX代表光信号输入，TX代表光信号输出。现有自由空间传输光通信模块需要两个光口来实现数据的收发，一个光口用于发射光信号，一个光口用于接收光信号，使得使用该模块的产品的体积较大。
单芯光旋转连接器也可以实现光信号的空间传输，目前单芯光旋转连接器可以实现40mm的传输距离，传输距离较短。
发明内容
针对现有的光通信模块产品体积较大、传输距离较短的技术问题，本发明的目的在于提供一种自由空间传输的光组件、光通信模块及光通信系统。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种自由空间传输的光组件，包括45°滤波片、0°滤波片，45°滤波片能够反射的光信号的波长与能够穿过45°滤波片的光信号的波长不同、与能够穿过0°滤波片的光信号的波长相同；45°滤波片一侧设置激光器，另一侧设置平凸透镜，激光器发出的特定波长的光信号能够穿过45°滤波片并经平凸透镜转换为平行光后发射出去；该光组件接收的特定波长的光信号穿过平凸透镜并汇聚，然后经45°滤波片反射后穿过0°滤波片，0°滤波片另一侧设置探测器，穿过0°滤波片的光信号汇聚于探测器的光敏面上。
进一步的，能够穿过所述45°滤波片的光信号的波长与0°滤波片能够反射的光信号的波长相同。
进一步的，其特征在于：所述激光器、平凸透镜、45°滤波片三者位于同一直线上，且该直线与45°滤波片所在平面之间的夹角为45°。
进一步的，所述探测器、45°滤波片两者之间的连线与所述激光器、平凸透镜、45°滤波片三者之间的连线垂直，并且0°滤波片所在面与所述探测器、45°滤波片两者之间的连线垂直。
进一步的，所述45°滤波片、0°滤波片、探测器、激光器、平凸透镜通过光组件的外壳确定相互的位置关系并固定。
一种自由空间传输的光通信模块，包括所述的一种自由空间传输的光组件，该光组件设置在印制板上，所述探测器通过探测器柔板与印制板电连接，所述激光器通过激光器柔板与印制板电连接；激光器将激光器柔板传递而来的电信号转换为光信号并发射出去，探测器将接收的光信号转换为电信号并通过探测器柔板传递给印制板。
进一步的，该光通信模块外侧套设有壳体，壳体在平凸透镜所在位置处设置开口，便于光组件接收或发射光信号。
一种自由空间传输的光通信系统，包括所述的一种自由空间传输的光通信模块，其中一个光通信模块内的光组件为光组件I，另一个光通信模块内的光组件为光组件II，光组件I、光组件II两者的平凸透镜相对设置，且两个光组件之间为真空或空气；光组件I发射的光信号的波长与光组件II接收的光信号的波长相同，光组件I中的激光器发出的光信号依次经过自身的45°滤波片I、平凸透镜并发射出去，光组件I发射的光信号到达光组件II后，依次经过光组件II上的平凸透镜、45°滤波片II、0°滤波片II后到达光组件II上的探测器；光组件II发射的光信号的波长与光组件I接收的光信号的波长相同，光组件II中的激光器发出的光信号依次经过自身的45°滤波片II、平凸透镜并发射出去，光组件II发射的光信号到达光组件I后，依次经过光组件I上的平凸透镜后、45°滤波片I、0°滤波片工到达光组件工上的探测器。
与现有技术相比，该发明的有益之处在于：45°滤波片与0°滤波片均能够穿过、反射特定波长的光信号，并使45°滤波片反射的光信号波长与0°滤波片通过的光信号波长相同，使得穿过45°滤波片的光信号波长与反射的光信号波长不同，不同波长的光信号在同时发送与接收时，能够按照自身的波长在不同的滤波片上穿过或反射，使得不同波长的光信号互不干扰，因此该光组件只需要一个光口，同时传输发射和接收的光信号，可以缩小光组件及光通信模块的体积；两个光通信模块组成光通信系统，通过两个光通信模块光口的对齐，平凸透镜能够将激光器发出的光转换为平行光，可以加大两个光通信模块之间的距离而不增加损耗，同时由于滤波片的作用，可以过滤光信号，减少干扰，因此可以增大该光通信系统的传输距离。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为现有的自由空间传输光通信系统的通信方式框图；
图2为本发明一种自由空间传输的光组件的结构示意图；
图3为本发明一种自由空间传输的光通信模块的结构示意图；
图4为本发明一种自由空间传输的光通信系统的工作原理示意图；
图5为本发明一种自由空间传输的光通信系统的通信方式框图。
【附图标记】
1-壳体，2-印制板，3-探测器柔板，4-光组件，401-光组件I，402-光组件II，403-45°滤波片，40301-45°滤波片I，40302-45°滤波片II，404-0°滤波片，40401-0°滤波片I，40402-0°滤波片II，405-探测器，406-激光器，407-平凸透镜，408-外壳，5-激光器柔板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种自由空间传输的光组件的一个实施例，如图2所示，光组件4的中间位置设置45°滤波片403，45°滤波片403允许穿过特定波长的光信号且其正面能够反射特定波长的光信号。45°滤波片403正面的斜对面设置平凸透镜407，平凸透镜407能够改变光路，在本实施例中，平凸透镜407朝向45°滤波片403的面为平面，朝向光组件外侧的面为凸面；光线从平面一侧进入，从凸面一侧发出时，光线转换为平行光；光线从凸面一侧进入，从平面一侧发出时，光线聚焦。45°滤波片403背面的斜对面一侧设置激光器406，激光器406用于将电信号转换为光信号并发射出去。在本实施例中，激光器406与平凸透镜407之间的连线穿过45°滤波片403且连线与45°滤波片403所在平面之间的夹角为45°。激光器406发出的具有特定波长的光信号穿过45°滤波片403，然后经平凸透镜407转换为平行光后发射出去。
45°滤波片403正面的另一斜对面设置0°滤波片404，0°滤波片404允许特定波长的光信号穿过。0°滤波片404的另一侧设置探测器405，光组件4接收的光信号，从平凸透镜407进入后，经45°滤波片403反射，然后穿过0°滤波片404并进入探测器405，探测器405用于将接收的光信号转换为电信号。在本实施例中，探测器405、0°滤波片404、45°滤波片403三者之间的连线与平凸透镜407、45°滤波片403、激光器406三者之间的连线垂直，并且0°滤波片404所在面与探测器405、0°滤波片404、45°滤波片403三者之间的连线垂直。
45°滤波片403、°滤波片404、探测器405、激光器406、平凸透镜407通过光组件4的外壳408确定相互之间的位置并固定。
光组件4的参数包括发射波长、接收波长，发射波长即该光组件4发射的光信号的波长，接收波长即该光组件4最终接收的光信号的波长。发射波长即为激光器406发射的光信号的波长，发射波长与45°滤波片403的允许通过的波长相同，使得激光器406发出的光信号能够穿过45°滤波片403并发射出去。45°滤波片403的反射波长与该光组件4的接收波长相同，在激光器406发出的光信号穿过45°滤波片403发射的同时，光组件4也能够接收光信号，并且45°滤波片403将光组件4接收的与接收波长相同的光信号进行反射。从45°滤波片403反射的光信号穿过0°滤波片404后由探测器405接收，因此，0°滤波片404能够穿过的光信号的波长与该光组件4的接收波长相同。光组件4在实际应用中也会接收一定范围波长的光信号，45°滤波片403因为具有自身特定的反射波长，所以只将与该光组件4的接收波长相同的光信号反射给0°滤波片404，0°滤波片404具有自身特定的光信号穿过的波长及反射波长，对反射过来的光信号进一步过滤，只允许通过与该光组件接收波长相同的光信号。激光器406发出的光信号穿过45°滤波片403后发射，并且接收的光信号中即使包含其他不需要的光信号，经过45°滤波片403反射并穿过0°滤波片404之后，只留下光组件4接收波长的光信号，因此，该光组件4可以同时进行发射及接收光信号。
45°滤波片403与0°滤波片404这两种滤波片均能够穿过、反射特定波长的光信号，并使45°滤波片403反射的光信号波长与0°滤波片404通过的光信号波长相同，使得穿过45°滤波片403的光信号波长与反射的光信号波长不同，不同波长的光信号在同时发送与接收时，能够按照自身的波长在不同的滤波片上穿过或反射，使得不同波长的光信号互不干扰，因此该光组件只需要一个光口，即平凸透镜407，能够同时传输发射和接收的光信号，因此可以进一步缩小光组件4的体积。
本发明一种自由空间传输的光通信模块的一个实施例，如图3所示，该模块包括上述实施例中所述的光组件4，光组件4设置在印制板2上，光组件4外侧套设有壳体1，平凸透镜407设置在壳体1的开口处，便于接收及发射光信号。激光器406通过壳体1内部的激光器柔板5与印制板2电连接，探测器405通过壳体1内部的探测器柔板3与印制板2电连接。印制板上的电信号通过激光器柔板5传递给激光器406，激光器406将电信号转换为光信号并发射出去。探测器405接收光信号并转化为电信号，并通过探测器柔板3传递给印制板进行处理。
包含体积较小的光组件组成的光通信模块，体积也可以缩小，由于光组件可以只设置一个光口，同时实现发射、接收，所以该光通信模块可以实现单光口双向传输。
本发明一种自由空间传输的光通信系统的一个实施例，如图4所示，该系统包括上述实施例中两个所述的光通信模块，这两个光通信模块的通信方式如图5所示，并且这两个光通信模块对应的滤波片的特性不同。每个光通信模块均设置一个光组件4，分别为光组件I401、光组件II402。光组件I401、光组件II402两者的平凸透镜的凸面相对，且两者之间为空气或真空，两个光组件处于同一直线上。
设定光组件I401发射的光信号波长为1310nm，接收的光信号波长为1550nm。光组件I401的激光器发射的光信号波长为1310nm，光组件I401能够接收的光信号波长为1260nm～1620nm。光组件I401中的45°滤波片I40301的特性为能够通过1310nm波长的光信号、反射1550nm波长的光信号。光组件I401中的0°滤波片I40401的特性为能够通过1550nm波长的光信号、反射1310nm波长的光信号。
设定光组件II402发射的光信号波长为1550nm，接收的光信号波长为1310nm。光组件II402的激光器发射的光信号波长为1550nm，光组件II402能够接收的光信号波长为1260nm～1620nm。光组件II402中的45°滤波片II40302的特性为能够通过1550nm波长的光信号、反射1310nm波长的光信号。光组件II402中的0°滤波片II40402的特性为能够通过1310nm波长的光信号、反射1550nm波长的光信号。
光组件I401的激光器发出的波长1310nm的光信号穿过45°滤波片I40301后，到达光组件I401的平凸透镜，波长1310nm的光信号通过平凸透镜后转换为平行光信号。平行光信号到达光组件II402后，先通过光组件II402的平凸透镜汇聚，然后经过光组件II402的45°滤波片II40302反射，再通过光组件II402的0°滤波片II40402，最后汇聚于光组件II402上的探测器的光敏面上。
光组件II402的激光器发出的波长1550nm的光信号通过45°滤波片II40302后，到达光组件II402的平凸透镜，波长1310nm的光信号通过平凸透镜后转换为平行光信号。平行光信号到达光组件I401后，先通过光组件I401的平凸透镜汇聚，然后经过光组件I401的45°滤波片I40301反射，再通过光组件I401的0°滤波片I40401，最后汇聚于光组件I401上的探测器的光敏面上。
两个光组件之间发射光信号、接收光信号可以同时进行，光组件接收的波长范围为1260nm～1620nm的光信号，经过对应的45°滤波片403、0°滤波片404的处理，最终到达探测器的光敏面上的光信号的波长为该光组件对应接收波长的光信号。这两个光组件的接收波长、发射波长也可以设置为其他数值。
两个光通信模块组成光通信系统，通过两个光通信模块光口的对齐、平凸透镜将激光器发出的光转换为平行光，可以加大两个光通信模块之间的距离而不增加损耗，同时由于滤波片的作用，可以过滤光信号，减少干扰，相较于单芯光旋转连接器实现了更远的传输距离，提升了适用性。
尽管已经展示和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种自由空间传输的光组件，其特征在于：包括45°滤波片(403)、0°滤波片(404)，45°滤波片(403)能够反射的光信号的波长与能够穿过45°滤波片(403)的光信号的波长不同、与能够穿过0°滤波片(404)的光信号的波长相同；45°滤波片(403)一侧设置激光器(406)，另一侧设置平凸透镜(407)，激光器(406)发出的特定波长的光信号能够穿过45°滤波片(403)并经平凸透镜(407)转换为平行光后发射出去；该光组件(4)接收的特定波长的光信号穿过平凸透镜(407)并汇聚，然后经45°滤波片(403)反射后穿过0°滤波片(404)，0°滤波片(404)另一侧设置探测器(405)，穿过0°滤波片(404)的光信号汇聚于探测器(405)的光敏面上。
2.根据权利要求1所述的一种自由空间传输的光组件，其特征在于：能够穿过所述45°滤波片(403)的光信号的波长与0°滤波片(404)能够反射的光信号的波长相同。
3.根据权利要求1所述的一种自由空间传输的光组件，其特征在于：所述激光器(406)、平凸透镜(407)、45°滤波片(403)三者位于同一直线上，且该直线与45°滤波片(403)所在平面之间的夹角为45°。
4.根据权利要求3所述的一种自由空间传输的光组件，其特征在于：所述探测器(405)、45°滤波片(403)两者之间的连线与所述激光器(406)、平凸透镜(407)、45°滤波片(403)三者之间的连线垂直，并且0°滤波片(404)所在面与所述探测器(405)、45°滤波片(403)两者之间的连线垂直。
5.根据权利要求1所述的一种自由空间传输的光组件，其特征在于：所述45°滤波片(403)、0°滤波片(404)、探测器(405)、激光器(406)、平凸透镜(407)通过光组件(4)的外壳(408)确定相互的位置关系并固定。
6.一种自由空间传输的光通信模块，其特征在于：包括权利要求1-5任意一项所述的一种自由空间传输的光组件，该光组件(4)设置在印制板(2)上，所述探测器(405)通过探测器柔板(3)与印制板(2)电连接，所述激光器(406)通过激光器柔板(5)与印制板(2)电连接；激光器(406)将激光器柔板(5)传递而来的电信号转换为光信号并发射出去，探测器(405)将接收的光信号转换为电信号并通过探测器柔板(3)传递给印制板(2)。
7.根据权利要求6所述的一种自由空间传输的光通信模块，其特征在于：该光通信模块外侧套设有壳体(1)，壳体(1)在平凸透镜(407)所在位置处设置开口，便于光组件(4)接收或发射光信号。
8.一种自由空间传输的光通信系统，其特征在于：包括两个权利要求6-7任意一项所述的一种自由空间传输的光通信模块，其中一个光通信模块内的光组件为光组件I(401)，另一个光通信模块内的光组件为光组件II(402)，光组件I(401)、光组件II(402)两者的平凸透镜相对设置，且两个光组件之间为真空或空气；光组件I(401)发射的光信号的波长与光组件II(402)接收的光信号的波长相同，光组件I(401)中的激光器发出的光信号依次经过自身的45°滤波片I(40301)、平凸透镜并发射出去，光组件I(401)发射的光信号到达光组件II(402)后，依次经过光组件II(402)上的平凸透镜、45°滤波片II(40302)、0°滤波片II(40402)后到达光组件II(402)上的探测器；光组件II(402)发射的光信号的波长与光组件I(401)接收的光信号的波长相同，光组件II(402)中的激光器发出的光信号依次经过自身的45°滤波片II(40302)、平凸透镜并发射出去，光组件II(402)发射的光信号到达光组件I(401)后，依次经过光组件I(401)上的平凸透镜后、45°滤波片I(40301)、0°滤波片I(40401)到达光组件I(401)上的探测器。
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