CN114614892A - 一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，包括光学传输系统激光信号发射基站、激光弯折调整模块、激光信号振荡放大模块和等离子体光谱信号光学接收基站。该基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，提出了基于等离子体光谱的新型光学传输系统该系统只要在信号传输的两端建立基站，传输中间不需要进行线路的铺设，除了在部分有物体遮挡住时采用折反射透镜调整光学通路，完全免去了目前光纤传输中线路铺设以及维护的成本，光信号进入接收器后首先进入等离子检测池，激发等离子体光谱由光谱仪接收，而等离子体光谱的特殊性质使得每条单独的信号波长可以精确地控制在纳米甚至埃米量级，大大提高了信号波段的使用效率。

Description

一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统

技术领域

本发明涉及信息传输技术领域，具体为一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统。

背景技术

光通信技术是近年来发展迅速并且持续保持高热度的研究领域，它是一种以光波为传输媒质的通信方式，光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短，因此，具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点，信息是通过一定的信号传递的，信号起着信息载体的作用，信源发出信息时，一般是以某种信号表现出来，以光信号为载体的，如无线光通信(大气激光通信)和有线光通信(光导纤维通信)等。

但目前的光通信技术主要采用光纤通讯，这意味着必须要在需要通讯的两端搭建起连接的光纤线路才能实现通讯，这意味着大量材料以及设计并搭建线路的成本，在搭建之后，相关线路还需要定时维护以保证可靠性，同时目前的无线通讯信号由于其无线电波本身的特点决定了信号的波段无法精确到纳米量级，无线电波信号只能控制在一定范围内，这大大降低了信号波段的使用效率，故而，提出了一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统来解决上述问题。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，具备提高了信号波段的使用效率等优点，解决了目前的无线通讯信号由于其无线电波本身的特点决定了信号的波段无法精确到纳米量级，无线电波信号只能控制在一定范围内，这大大降低了信号波段的使用效率的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，包括：光学传输系统激光信号发射基站、激光弯折调整模块、激光信号振荡放大模块和等离子体光谱信号光学接收基站；

所述光学传输系统激光信号发射基站包括壳体，所述壳体的左侧内壁固定安装有固体激光器，所述壳体的内部固定安装有投射型光栅、道威棱镜、三棱反射镜，所述壳体的顶部活动安装有第一可开合盖板，所述壳体的内部固定安装有脉冲激光放大模块，所述壳体的右侧开设有第一通光孔，所述壳体的内部设置有辅助组件；

所述激光弯折调整模块包括第一暗箱，所述第一暗箱的左右两侧分别开设有第二通光孔和第三通光孔，所述第一暗箱的底部固定安装有第一模块支柱，所述第一暗箱的内底壁固定安装有镜片支架，所述镜片支架的顶部固定安装有转向调节镜片；

所述激光信号振荡放大模块包括第二暗箱，所述第二暗箱的底部固定连接有第二模块支柱，所述第二暗箱的左右两侧分别开设有第四通光孔和第五通光孔，所述第二暗箱的内部固定安装有数量为两个的正交玻片组，所述第二暗箱的内部固定安装有半透半反镜、增益介质和两个半透镜组成的透镜组；

所述等离子体光谱信号光学接收基站包括外壳，所述外壳的左侧开设有第六通光孔，所述外壳的内部固定安装有等离子体接收池，所述外壳的左侧固定安装有第二显示屏和第二人工操作面板，所述外壳的内部固定安装有第二处理器、第二强度解调模块和第二时序解调模块，所述外壳的右侧活动安装有第二可开合盖板，所述外壳的内部固定安装有四通道等离子体光谱仪和光纤耦合四通道分流器，所述外壳的右侧设置有第二电源接口，所述外壳的内部设置有连接组件。

进一步，所述辅助组件包括与壳体的左侧固定安装的第一显示屏，所述壳体的左侧固定安装有第一人工操作面板，所述壳体的背面内壁固定安装有第一处理器，所述壳体的右侧设有第一电源接口，所述壳体的内部固定安装有第一强度调制模块和位于第一强度调制模块左侧斜上方的第一时序调制模块。

进一步，所述第一显示屏和第一处理器之间、第一人工操作面板和第一处理器之间以及固体激光器和第一时序调制模块之间均连接有第一数据线，所述第一处理器、第一强度调制模块和第一时序调制模块的正面均设置有数量为两个的第一数据耦合转换口，所述第一电源接口和第一处理器之间连接有第一电源线。

进一步，所述连接组件包括用以连接第二电源接口和第二处理器的第二电源线，所述等离子体接收池和光纤耦合四通道分流器之间连接有激光信号传输光线，所述四通道等离子体光谱仪、第二时序解调模块和第二强度解调模块的正面均设有数量为两个的第二数据耦合转换口，所述第二显示屏和第二处理器之间、第二人工操作面板和第二处理器之间、第二强度解调模块和第二处理器之间、所述第二时序解调模块和第二处理器之间、第二强度解调模块和第二时序解调模块之间以及四通道等离子体光谱仪分别与第二时序解调模块和第二强度解调模块之间均连接有第二数据线。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，具备以下有益效果：

该基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，通过提出了一个基于等离子体光谱的新型光学传输系统该系统只要在信号传输的两端建立基站，在传输中间不需要进行线路的铺设，除了在部分有物体遮挡住时采用折反射透镜调整光学通路即可，完全免去了目前光纤传输中线路铺设以及维护的成本，同时光信号进入接收器后首先进入等离子检测池，激发等离子体光谱由光谱仪接收，而等离子体光谱的特殊性质使得每条单独的信号波长可以精确地控制在纳米甚至埃米量级，大大提高了信号波段的使用效率。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统中光学传输系统激光信号发射基站结构示意图；

图2为本发明提出的一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统中激光弯折调整模块；

图3为本发明提出的一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统中激光信号振荡放大模块结构示意图；

图4为本发明提出的一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统中等离子体光谱信号光学接收基站结构示意图；

图5为本发明提出的一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统结构示意图。

图中：1固体激光器、2第一显示屏、3第一处理器、4第一人工操作面板、5第一数据线、6第一数据耦合转换口、7第一电源线、8第一电源接口、9第一强度调制模块、10第一时序调制模块、11三棱反射镜、12脉冲激光放大模块、13第一通光孔、14第一可开合盖板、15道威棱镜、16投射型光栅、17壳体、18第二通光孔、19第一暗箱、20镜片支架、21第一模块支柱、22第三通光孔、23转向调节镜片、24第四通光孔、25第二暗箱、26第二模块支柱、27第五通光孔、28透镜组、29增益介质、30半透半反镜、31正交玻片组、32第二数据线、33第二处理器、34第二电源线、35第二电源接口、36第二数据耦合转换口、37第二时序解调模块、38第二可开合盖板、39四通道等离子体光谱仪、40光纤耦合四通道分流器、41激光信号传输光线、42外壳、43第二强度解调模块、44第六通光孔、45等离子体接收池、46第二显示屏、47第二人工操作面板。

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。

请参阅图1-5，一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，包括：光学传输系统激光信号发射基站、激光弯折调整模块、激光信号振荡放大模块和等离子体光谱信号光学接收基站。

请参阅图1，光学传输系统激光信号发射基站包括壳体17，壳体17的左侧内壁固定安装有固体激光器1，固体激光器1用以输出经过时序和强度调制的信号，壳体17的内部固定安装有投射型光栅16、道威棱镜15、三棱反射镜11，三棱反射镜11用于改变光信号传播方向，道威棱镜15用于对光线的相位进行调制，投射型光栅16用于调制输出光信号波段，壳体17的顶部活动安装有第一可开合盖板14，打开第一可开合盖板14可以对脉冲激光放大模块12等内部结构进行手动调整，壳体17的内部固定安装有脉冲激光放大模块12，脉冲激光放大模块12用于放大输出光信号强度，壳体17的右侧开设有第一通光孔13，第一通光孔13用于输出光信号，壳体17的内部设置有辅助组件。

其中，辅助组件包括与壳体17的左侧固定安装的第一显示屏2，第一显示屏2用于可视化显示操作的过程，壳体17的左侧固定安装有第一人工操作面板4，第一人工操作面板4主要由键盘与IO接口组成，用于进行操作以及导入导出数据，壳体17的背面内壁固定安装有第一处理器3，第一处理器3可以采用电脑或单片机，对于电脑配置要求满足内存不小于6G，有一个与USB 2.0兼容的IO接口，主频不小于4 GHz，对于单片机要求使用大容量内存单片机，flash容量大于256 MB，ROM容量大于4 G，单片机最大时钟频率大于24 MHz，但采用单片机时需要自行配备与单片机所需电压相符的电压转换模块，壳体17的右侧设有第一电源接口8，第一电源接口8用于连接电源，壳体17的内部固定安装有第一强度调制模块9和位于第一强度调制模块9左侧斜上方的第一时序调制模块10，第一强度调制模块9用于调制输出激光的强度，第一时序调制模块10用于调制输出光信号的时序。

同时，第一显示屏2和第一处理器3之间、第一人工操作面板4和第一处理器3之间以及固体激光器1和第一时序调制模块10之间均连接有第一数据线5，第一数据线5用于传输数据，第一处理器3、第一强度调制模块9和第一时序调制模块10的正面均设置有数量为两个的第一数据耦合转换口6，第一数据耦合转换口6用于将不同信道的数据兼容传输，第一电源接口8和第一处理器3之间连接有第一电源线7，第一电源线7用于给第一处理器3供电，再由第一处理器3给光学传输系统激光信号发射基站供电。

通过固体激光器1输出经过时序和强度调制的信号，光线通过投射型光栅16调制输出光信号波段，道威棱镜15对光线的相位进行调制，并且通过三棱反射镜11改变光信号传播方向，脉冲激光放大模块12放大输出光信号强度后，通过第一通光孔13输出光信号。

请参阅图2，激光弯折调整模块包括第一暗箱19，第一暗箱19用于最大限度地降低环境光对方向调整过程中产生的影响，第一暗箱19的左右两侧分别开设有第二通光孔18和第三通光孔22，第二通光孔18和第三通光孔22用于激光信号的射入与射出，第一暗箱19的底部固定安装有第一模块支柱21，由于该系统的激光信号一般在空中传播，因此需要通过第一模块支柱21将该模块安装在较高的位置，第一暗箱19的内底壁固定安装有镜片支架20，镜片支架20用于固定以及调整镜片的位置，镜片支架20的顶部固定安装有转向调节镜片23，转向调节镜片23的外形呈一定弧度的弯曲镜，具体的圆心角以及圆弧半径根据具体的实际情况计算得出。

激光光线从光学传输系统激光信号发射基站射出后，为了能够让光线在较远的距离下顺利被等离子体光谱信号光学接收基站接收，激光弯折调整模块用于在传输途中进行方向调节的模块，激光信号从左侧的第二通光孔18中射入，经过转向调节镜片23的方向调节，再通过第三通光孔22射出。

请参阅图3，激光信号振荡放大模块包括第二暗箱25，第二暗箱25用于最大限度地降低环境光对激光振荡增强过程中产生的影响，第二暗箱25的底部固定连接有第二模块支柱26，因为该系统的激光信号一般在空中传播，因此需要第二模块支柱26将该模块安装在较高的位置，第二暗箱25的左右两侧分别开设有第四通光孔24和第五通光孔27，第二暗箱25的内部固定安装有数量为两个的正交玻片组31，正交玻片组31用于通过相位调制实现“只出不回”的效果，避免振荡器中光线回流产生驻波，第二暗箱25的内部固定安装有半透半反镜30、增益介质29和两个半透镜组成的透镜组28，半透半反镜30用于透过激光信号并产生振荡，增益介质29的型号与尺寸根据具体的实际情况决定，透镜组28用于产生激光振荡以及出射光线。

激光光线从光学传输系统激光信号发射基站射出后，为了能够让光线在较远的距离下顺利被等离子体光谱信号光学接收基站接收，本模块就是用于在传输途中对激光信号进行增强，激光信号从左侧的第四通光孔24中射入，经过正交玻片组31进入半透半反镜30、增益介质29和两个半透镜组成的透镜组28的激光振荡增强，再通过第五通光孔27射出。

请参阅图4，等离子体光谱信号光学接收基站包括外壳42，外壳42的左侧开设有第六通光孔44，第六通光孔44用于接收激光信号，外壳42的内部固定安装有等离子体接收池45，等离子体接收池45其中的样品在收到激光信号激励后瞬间发出等离子体信号，等离子信号对于激光信号的相位，强度以及时序具有极强的敏感度，外壳42的左侧固定安装有第二显示屏46和第二人工操作面板47，第二显示屏46用于可视化显示操作的过程，第二人工操作面板47主要由键盘与IO接口组成，用于进行操作以及导入导出数据，外壳42的内部固定安装有第二处理器33、第二强度解调模块43和第二时序解调模块37，第二处理器33的性能要求与光学传输系统激光信号发射基站中第一处理器3相同，第二强度解调模块43用于解调接收到等离子体光谱信号的强度调制，第二时序解调模块37用于解调接收到等离子体光谱信号的时序调制，外壳42的右侧活动安装有第二可开合盖板38，打开第二可开合盖板38可以对外壳42内部结构进行手动调整，外壳42的内部固定安装有四通道等离子体光谱仪39和光纤耦合四通道分流器40，四通道等离子体光谱仪39可以根据具体需求调节光谱仪测量范围，经过多次实验，推荐采用波段为300-2000纳米的信号，光纤耦合四通道分流器40用于将探测到的等离子体光谱信号依据所在波段分为4个通道输入四通道等离子体光谱仪39中，确保每一个波段的数据稳定性与信息传输效率，外壳42的右侧设置有第二电源接口35，第二电源接口35用于连接电源，外壳42的内部设置有连接组件。

其中，连接组件包括用以连接第二电源接口35和第二处理器33的第二电源线34，第二电源线34用于给第二处理器33供电，再由第二处理器33给光学传输系统激光信号发射基站供电，等离子体接收池45和光纤耦合四通道分流器40之间连接有激光信号传输光线41，激光信号传输光线41用于将等离子体接收池45中发射出的等离子体光谱信号接收并传输到光纤耦合四通道分流器40中进行下一步处理，四通道等离子体光谱仪39、第二时序解调模块37和第二强度解调模块43的正面均设有数量为两个的第二数据耦合转换口36，第二数据耦合转换口36用于将不同信道的数据兼容传输，第二显示屏46和第二处理器33之间、第二人工操作面板47和第二处理器之间33、第二强度解调模块43和第二处理器33之间、第二时序解调模块37和第二处理器33之间、第二强度解调模块43和第二时序解调模块37之间以及四通道等离子体光谱仪39分别与第二时序解调模块37和第二强度解调模块43之间均连接有第二数据线32，第二数据线32用于传输数据。

需要说明的是，对于光学接收基站，本设计有较好的兼容性，一般来说光谱信息可以传输到电脑或单片机内进行数据分类处理，对于电脑与单片机的配置要求与发射基站相同。

同时，通过第六通光孔44接收激光信号，等离子体接收池45其中的样品在收到激光信号激励后瞬间发出等离子体信号，激光信号传输光线41用于将等离子体接收池45中发射出的等离子体光谱信号接收并传输到光纤耦合四通道分流器40中进行下一步处理，光纤耦合四通道分流器40用于将探测到的等离子体光谱信号依据所在波段分为4个通道输入四通道等离子体光谱仪39中，确保每一个波段的数据稳定性与信息传输效率。

上述实施例的工作原理为：

（1）通过固体激光器1输出经过时序和强度调制的信号，光线通过投射型光栅16调制输出光信号波段，道威棱镜15对光线的相位进行调制，并且通过三棱反射镜11改变光信号传播方向，脉冲激光放大模块12放大输出光信号强度后，通过第一通光孔13输出光信号；

（2）激光信号从左侧的第二通光孔18中射入，经过转向调节镜片23的方向调节，再通过第三通光孔22射出；

（3）激光信号从左侧的第四通光孔24中射入，经过正交玻片组31进入半透半反镜30、增益介质29和两个半透镜组成的透镜组28的激光振荡增强，再通过第五通光孔27射出；

（4）通过第六通光孔44接收激光信号，等离子体接收池45其中的样品在收到激光信号激励后瞬间发出等离子体信号，激光信号传输光线41将等离子体接收池45中发射出的等离子体光谱信号接收并传输到光纤耦合四通道分流器40中进行下一步处理，光纤耦合四通道分流器40将探测到的等离子体光谱信号依据所在波段分为4个通道输入四通道等离子体光谱仪39中，确保每一个波段的数据稳定性与信息传输效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出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 (4)

1.一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，其特征在于，包括：光学传输系统激光信号发射基站、激光弯折调整模块、激光信号振荡放大模块和等离子体光谱信号光学接收基站；

所述光学传输系统激光信号发射基站包括壳体（17），所述壳体（17）的左侧内壁固定安装有固体激光器（1），所述壳体（17）的内部固定安装有投射型光栅（16）、道威棱镜（15）、三棱反射镜（11），所述壳体（17）的顶部活动安装有第一可开合盖板（14），所述壳体（17）的内部固定安装有脉冲激光放大模块（12），所述壳体（17）的右侧开设有第一通光孔（13），所述壳体（17）的内部设置有辅助组件；

所述激光弯折调整模块包括第一暗箱（19），所述第一暗箱（19）的左右两侧分别开设有第二通光孔（18）和第三通光孔（22），所述第一暗箱（19）的底部固定安装有第一模块支柱（21），所述第一暗箱（19）的内底壁固定安装有镜片支架（20），所述镜片支架（20）的顶部固定安装有转向调节镜片（23）；

所述激光信号振荡放大模块包括第二暗箱（25），所述第二暗箱（25）的底部固定连接有第二模块支柱（26），所述第二暗箱（25）的左右两侧分别开设有第四通光孔（24）和第五通光孔（27），所述第二暗箱（25）的内部固定安装有数量为两个的正交玻片组（31），所述第二暗箱（25）的内部固定安装有半透半反镜（30）、增益介质（29）和两个半透镜组成的透镜组（28）；

所述等离子体光谱信号光学接收基站包括外壳（42），所述外壳（42）的左侧开设有第六通光孔（44），所述外壳（42）的内部固定安装有等离子体接收池（45），所述外壳（42）的左侧固定安装有第二显示屏（46）和第二人工操作面板（47），所述外壳（42）的内部固定安装有第二处理器（33）、第二强度解调模块（43）和第二时序解调模块（37），所述外壳（42）的右侧活动安装有第二可开合盖板（38），所述外壳（42）的内部固定安装有四通道等离子体光谱仪（39）和光纤耦合四通道分流器（40），所述外壳（42）的右侧设置有第二电源接口（35），所述外壳（42）的内部设置有连接组件。

2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，其特征在于：所述辅助组件包括与壳体（17）的左侧固定安装的第一显示屏（2），所述壳体（17）的左侧固定安装有第一人工操作面板（4），所述壳体（17）的背面内壁固定安装有第一处理器（3），所述壳体（17）的右侧设有第一电源接口（8），所述壳体（17）的内部固定安装有第一强度调制模块（9）和位于第一强度调制模块（9）左侧斜上方的第一时序调制模块（10）。

3.根据权利要求2所述的一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，其特征在于：所述第一显示屏（2）和第一处理器（3）之间、第一人工操作面板（4）和第一处理器（3）之间以及固体激光器（1）和第一时序调制模块（10）之间均连接有第一数据线（5），所述第一处理器（3）、第一强度调制模块（9）和第一时序调制模块（10）的正面均设置有数量为两个的第一数据耦合转换口（6），所述第一电源接口（8）和第一处理器（3）之间连接有第一电源线（7）。

4.根据权利要求1所述的一种基于等离子体光谱的新型光学信息传输系统，其特征在于：所述连接组件包括用以连接第二电源接口（35）和第二处理器（33）的第二电源线（34），所述等离子体接收池（45）和光纤耦合四通道分流器（40）之间连接有激光信号传输光线（41），所述四通道等离子体光谱仪（39）、第二时序解调模块（37）和第二强度解调模块（43）的正面均设有数量为两个的第二数据耦合转换口（36），所述第二显示屏（46）和第二处理器（33）之间、第二人工操作面板（47）和第二处理器（33）之间、第二强度解调模块（43）和第二处理器（33）之间、所述第二时序解调模块（37）和第二处理器（33）之间、第二强度解调模块（43）和第二时序解调模块（37）之间以及四通道等离子体光谱仪（39）分别与第二时序解调模块（37）和第二强度解调模块（43）之间均连接有第二数据线（32）。

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