CN117200930A - 空间单通道光分复用通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间单通道光分复用通信装置。所述空间单通道光分复用通信装置包括：发射结构，包括第一发光器件、以及沿第一方向位于所述第一发光器件上方的第二发光器件，所述第一发光器件能够沿第一方向发射第一光信号，所述第二发光器件能够沿第一方向发射第二光信号，且所述第一光信号的波长大于所述第二光信号的波长；接收结构，包括第一探测器件、以及沿第一方向位于所述第一探测器件下方的第二探测器件，所述第一探测器件能够接收第三光信号，所述第二探测器能够接收第四光信号，且所述第三光信号的波长大于所述第四光信号的波长。本发明构建了空间单通道光分复用系统，提高了信道的容量和光通信装置的集成度。

Description

空间单通道光分复用通信装置

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种空间单通道光分复用通信装置。

背景技术

光通信技术是通过控制LED(light-emitting diode,发光二极管)的亮灭来实现信息的传输，当前最先进的光通信的传输速率可达到Gb/s。传统的无线电信号传输设备存在很多局限性，例如价格昂贵、但效率不高，比如手机，在全球通过建立数百万个基站来增强手机传输信号，但是大部分能量却消耗在设备冷却上，能量有效利用效率只有5％。相比之下，光通信技术本质上是通过光信号来实现信息的传输，所需的传输设备只需要LED，且不占用现有的频带资源，因而也就不会与现有的频段设备之间产生相互干扰，从而使得光通信方式具有良好的通信质量和保密性，且更加的绿色环保。光通信作为射频通信的备用方案越来越受到高校、研究机构的重视。但是，当前光通信装置的集成度较低，且功能较为单一，从而限制了光通信装置应用领域的扩展。

因此，如何扩展光通信装置的功能，扩大光通信装置的应用领域，是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种空间单通道光分复用通信装置，用于扩展光通信装置的功能，扩大光通信装置的应用领域。

为了解决上述问题，本发明提供了一种空间单通道光分复用通信装置，包括：

发射结构，包括第一发光器件、以及沿第一方向位于所述第一发光器件上方的第二发光器件，所述第一发光器件能够沿第一方向发射第一光信号，所述第二发光器件能够沿第一方向发射第二光信号，且所述第一光信号的波长大于所述第二光信号的波长；

接收结构，包括第一探测器件、以及沿第一方向位于所述第一探测器件下方的第二探测器件，所述第一探测器件能够接收第三光信号并将所述第三光信号转换为第一光生电流信号，所述第二探测器能够接收第四光信号，并将所述第四光信号转换为第二光生电流信号，且所述第三光信号的波长大于所述第四光信号的波长。

可选的，所述发射结构还包括：

第一滤光器件，所述第一滤光器件沿所述第一方向位于所述第一发光器件与所述第二发光器件之间，所述第一滤光器件能够阻挡所述第二光信号透过。

可选的，所述第一滤光器件包括沿所述第一方向交替叠置的第一介质层和第二介质层，且所述第一光信号能够透过所述第一滤光器件。

可选的，所述发射结构还包括沿所述第一方向位于所述第二发光器件上方的第三发光器件，所述第三发光器件能够沿所述第一方向发射第五光信号，且所述第五光信号的波长小于所述第二光信号的波长。

可选的，所述发射结构还包括：

第二滤光器件，所述第二滤光器件沿所述第一方向位于所述第二发光器件和所述第三发光器件之间，所述第二滤光器件能够阻挡所述第五光信号透过，且所述第一光信号和所述第二光信号均能够透过所述第二滤光器件。

可选的，所述第一光信号为红光信号，所述第二光信号为绿光信号，所述第五光信号为蓝光信号。

可选的，所述接收结构还包括沿所述第一方向位于所述第二探测器件下方的第三探测器件，所述第三探测器件能够接收第六光信号并将所述第六光信号转换为第三光生电流信号，且所述第六光信号的波长小于所述第四光信号的波长。

可选的，所述第二探测器件还包括第一滤光结构，所述第一滤光结构用于阻挡所述第四光信号透过，且所述第三光信号能够透过所述第一滤光结构；

所述第三探测器件还包括第二滤光结构，所述第二滤光结构用于阻挡所述第六光信号透过，且所述第三光信号和所述第四光信号均能够透过所述第二滤光结构。

可选的，所述第三光信号为红光信号，所述第四光信号为绿光信号，所述第六光信号为蓝光信号。

可选的，还包括第一集成驱动电路，所述第一集成驱动电路包括：

第一发射驱动电路，电连接所述第一发光器件，用于驱动所述第一发光器件发射所述第一光信号；

第二发射驱动电路，电连接所述第二发光器件，用于驱动所述第二发光器件发射所述第二光信号。

本发明提供的空间单通道光分复用通信装置，通过设置包括第一发光器件和第二发光器件的发射结构、以及包括第一探测器件和第二探测器件的接收结构，使得所述发射结构能够发射波长不同的第一光信号和第二光信号，接收结构能够探测波长不同的第三光信号和第四光信号，从而构建了空间单通道光分复用系统，提高了信道的容量和光通信装置的集成度，扩展了光通信装置的功能，扩大了光通信装置的应用领域。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式中空间单通道光分复用通信装置中发射结构的示意图；

附图2是本发明具体实施方式中空间单通道光分复用通信装置中接收结构的示意图；

附图3是本发明具体实施方式中空间单通道光分复用通信装置进行光通信时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的空间单通道光分复用通信装置的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种空间单通道光分复用通信装置，附图1是本发明具体实施方式中空间单通道光分复用通信装置中发射结构的示意图，附图2是本发明具体实施方式中空间单通道光分复用通信装置中接收结构的示意图，附图3是本发明具体实施方式中空间单通道光分复用通信装置进行光通信时的示意图。如图1-图3所示，所述空间单通道光分复用通信装置，包括：

发射结构31，包括第一发光器件10、以及沿第一方向D1位于所述第一发光器件10上方的第二发光器件11，所述第一发光器件10能够沿第一方向D1发射第一光信号L1，所述第二发光器件11能够沿第一方向D1发射第二光信号L2，且所述第一光信号L1的波长大于所述第二光信号L2的波长；

接收结构32，包括第一探测器件20、以及沿第一方向D1位于所述第一探测器件20下方的第二探测器件21，所述第一探测器件20能够接收第三光信号L3并将所述第三光信号L3转换为第一光生电流信号，所述第二探测器21能够接收第四光信号L4，并将所述第四光信号L4转换为第二光生电流信号，且所述第三光信号L3的波长大于所述第四光信号L4的波长。

具体来说，如图1、图2和图3所示，所述发射结构31包括所述第一发光器件10和沿所述第一方向D1堆叠于所述第一发光器件10上方的所述第二发光器件11。所述第一发光器件10能够沿所述第一方向D1向外界发射携带有第一信息的所述第一光信号L1，所述第二发光器件11能够沿所述第一方向D1向外界发射携带有第二信息的所述第二光信号L2。其中，所述第一信息与所述第二信息可以相同，也可以不同。所述第一发光器件10发射所述第一光信号L1的方向与所述第二发光器件11发射所述第二光信号L2的方向相同，且所述第一发光器件10发射的所述第一光信号L1能够透过所述第二发光器件11以射向所述发射结构31的外部。在一示例中，所述发射结构31还包括第一聚焦透镜，所述第一发光器件10发射的所述第一光信号L1和所述第二发光器件11发射的所述第二光信号L2均经同一个所述第一聚焦透镜汇聚之后射出。在一示例中，所述第一信息和所述第二信息可以均为视频信息、音频信息或者文本信息。在一示例中，所述第一发光器件10和所述第二发光器件11均为发光二极管器件，例如量子阱发光二极管器件。

所述接收结构32包括所述第一探测器件20和沿所述第一方向D1叠置于所述第一探测器件20下方的所述第二探测器件21。所述第一探测器件20能够接收来自于所述空间单通道光分复用通信装置外部的所述第三光信号L3，并通过光电转换将加载有第三信息的所述第三光信号L3转换为所述第一光生电流信号，并通过解调、解码等处理提取所述第三信息。所述第二探测器件21能够桀纣来自于所述空间单通道光分复用通信装置外部的所述第四光信号L4，并通过光电转换将加载有第四信息所述第四光信号L4转换为所述第二光生电流信号，并通过解调、解码等处理提取所述第四信息。其中，所述第三信息与所述第四信息可以相同，也可以不同。在一示例中，所述第三信息和所述第四信息可以均为视频信息、音频信息或者文本信息。所述第三光信号L3和所述第四光信号L4均沿所述第一方向D1射入所述接收结构32之后，所述第四光信号L4被所述第二探测器件21接收，所述第三光信号L3穿过所述第二探测器件21之后被所述第一探测器件20接收，即所述第三光信号L3能够透过所述第二探测器件21。在一示例中，所述接收结构还包括第二聚焦透镜，所述第三光信号L3和所述第四光信号L4均经同一个所述第二聚焦透镜汇聚之后，再沿同一方向(例如所述第一方向D1)传输，以分别被所述第一探测器件20和所述第二探测器件21接收。由于氮化镓基量子阱二极管器件具有发光和探测共存的物理特性，为了进一步便于集成所述发射结构31和所述接收结构32，在一示例中，所述第一探测器件20和所述第二探测器件21均为量子阱发光二极管器件。

在一示例中，所述发射结构31和所述接收结构32集成于同一基板(例如柔性电路板)的顶面上，从而进一步提高所述空间单通道光分复用通信装置的集成度。所述第一方向D1可以垂直于所述基板的顶面。图1-图3中的第二方向D2表示与所述基板的顶面平行的方向。

本具体实施方式提供的所述空间单通道光分复用通信装置中的所述发射结构31能够发射所述第一光信号L1和所述第二光信号L2，且所述第一光信号L1和所述第二光信号L2的波长不同，且用于发射波长较长的所述第一光信号L1的所述第一发光器件10位于用于发射波长较短的所述第二光信号L2的所述第二发光器件11的下方，因而能够沿同一通道同时发射两种波长的光信号且互不干扰。所述空间单通道光分复用通信装置中的所述接收结构能够接收所述第三光信号L3和所述第四光信号L4，且所述第三光信号L3和所述第四光信号L4的波长不同，且用于接收波长较长的所述第三光信号L3的所述第一探测器件20位于用于接收波长较短的所述第四光信号L4的所述第二探测器件21的上方，因而能够沿同一通道同时接收两种波长的光信号且互不干扰。本具体实施方式构建了空间单通道光分复用系统，提高了信道的容量和光通信装置的集成度，扩展了光通信装置的功能，扩大了光通信装置的应用领域。

可选的，所述发射结构31还包括：

第一滤光器件13，所述第一滤光器件13沿所述第一方向D1位于所述第一发光器件10与所述第二发光器件11之间，所述第一滤光器件13能够阻挡所述第二光信号L2透过。

可选的，所述第一滤光器件13包括沿所述第一方向D1交替叠置的第一介质层和第二介质层，且所述第一光信号L1能够透过所述第一滤光器件13。

举例来说，所述第二发光器件11包括第二衬底、以及位于所述第二衬底的顶面上的第二量子阱二极管结构，所述第二量子阱二极管结构用于发射所述第二光信号L2，所述第二衬底用于支撑所述第二量子阱二极管结构。所述第一滤光器件13位于所述第二衬底的底面上，且所述第一滤光器件13包括沿所述第一方向D1交替叠置的所述第一介质层和所述第二介质层，以构成布拉格反射式滤光器。在一示例中，所述第一介质层的材料为TiO₂，所述第二介质层的材料为SiO₂。所述第一滤光器件13能够反射所述第二发光器件11发射的所述第二光信号L2，且能够透过所述第一发光器件10发射的所述第一光信号L1，从而既能避免所述第二光信号L2的损失，又能便于所述第一光信号L1射出。在一示例中，所述第一滤光器件13对所述第二光信号L2的发射率不低于99.99％。

可选的，所述发射结构31还包括沿所述第一方向D1位于所述第二发光器件11上方的第三发光器件12，所述第三发光器件12能够沿所述第一方向D1发射第五光信号L5，且所述第五光信号L5的波长小于所述第二光信号L2的波长。

可选的，所述发射结构31还包括：

第二滤光器件14，所述第二滤光器件14沿所述第一方向D1位于所述第二发光器件11和所述第三发光器件12之间，所述第二滤光器件14能够阻挡所述第五光信号L5透过，且所述第一光信号L1和所述第二光信号L2均能够透过所述第二滤光器件14。

举例来说，所述第一发光器件10、所述第二发光器件11和所述第三发光器件12沿所述第一方向D1依次堆叠。所述第三发光器件12能够沿所述第一方向D1向外界发射加载有第五信息的所述第五光信号L5。其中，所述第五信息可以为音频信息、视频信息或者文本信息。所述第三发光器件12也可以为量子阱发光二极管器件。所述第一发光器件10发射的所述第一光信号L1、所述第二发光器件11发射的所述第二光信号L2和所述第三发光器件12发射的所述第五光信号L5的方向均相同。所述第一发光器件10发射的所述第一光信号L1和所述第二发光器件11发射的所述第二光信号L2均能够透过所述第三发光器件12之后射出。

在一示例中，所述第三发光器件12包括第三衬底、以及位于所述第三衬底的顶面上的第三量子阱二极管结构，所述第三量子阱二极管结构用于发射所述第五光信号L5，所述第三衬底用于支撑所述第三量子阱二极管结构。所述第二滤光器件14位于所述第三衬底的底面上，且所述第二滤光器件14包括沿所述第一方向D1交替叠置的第三介质层和第四介质层，以构成布拉格反射式滤光器。在一示例中，所述第三介质层的材料为TiO₂，所述第四介质层的材料为SiO₂。所述第二滤光器件14能够反射所述第三发光器件12发射的所述第五光信号L5，且能够透过所述第一发光器件10发射的所述第一光信号L1和所述第二发光器件11发射的所述第二光信号L2，从而既能避免所述第五光信号L5的损失，又能便于所述第一光信号L1和所述第二光信号L2射出。在一示例中，所述第二滤光器件14对所述第五光信号L5的发射率不低于99.99％。

可选的，所述第一光信号为红光信号，所述第二光信号为绿光信号，所述第五光信号为蓝光信号。

可选的，所述接收结构32还包括沿所述第一方向D1位于所述第二探测器件21下方的第三探测器件22，所述第三探测器件22能够接收第六光信号L6并将所述第六光信号L6转换为第三光生电流信号，且所述第六光信号L6的波长小于所述第四光信号L4的波长。

可选的，所述第二探测器件21还包括第一滤光结构，所述第一滤光结构用于阻挡所述第四光信号L4透过，且所述第三光信号L3能够透过所述第一滤光结构；

所述第三探测器件22还包括第二滤光结构，所述第二滤光结构用于阻挡所述第六光信号L6透过，且所述第三光信号L3和所述第四光信号L4均能够透过所述第二滤光结构。

举例来说，所述第一探测器件20、所述第二探测器件21和所述第三探测器件22沿所述第一方向D1依次叠置。所述第三探测器件22能够接收来自于所述空间单通道光分复用通信装置外部的所述第六光信号L6，并通过光电转换将加载有第六信息的所述第六光信号L6转换为所述第三光生电流信号，并通过解调、解码等处理提取所述第六信息。在一示例中，所述第六信息可以为视频信息、音频信息或者文本信息。所述第三光信号L3、所述第四光信号L4和所述第六光信号L6沿所述第一方向D1射入所述接收结构32之后，所述第六光信号L6被所述第三探测器件22接收，所述第四光信号L4透过所述第三探测器件22之后被所述第二探测器件21接收，所述第三光信号L3依次透过所述第三探测器件22和所述第二探测器件21之后被所述第一探测器件20接收。在一示例中，所述第三探测器件22也为量子阱发光二极管器件。

通过在所述第三探测器件22中设置所述第二滤光结构，避免所述第六光信号L6透过而影响所述第二探测器件21和所述第一探测器件20探测的准确度，同时能够提高所述第二探测器件21探测所述第四光信号L4的灵敏度和可靠性、以及提高所述第一探测器件20探测所述第三光信号L3的灵敏度和可靠性。通过在所述第二探测器件21中设置所述第一滤光结构，避免所述第四光信号L4透过而影响所述第一探测器件20探测的准确度，同时提高所述第一探测器件20探测所述第三光信号L3的灵敏度和可靠性。所述第一滤光结构可以为滤光片或者布拉格反射滤光器结构，所述第二滤光结构也可以为滤光片或者布拉格反射滤光器结构。在一示例中，所述第一滤光结构对所述第四光信号L4的反射率不低于99.99％，所述第二滤光结构对所述第六光信号L6的反射率不低于99.99％。

可选的，所述第三光信号为红光信号，所述第四光信号为绿光信号，所述第六光信号为蓝光信号。

可选的，所述空间单通道光分复用通信装置还包括第一集成驱动电路，所述第一集成驱动电路包括：

第一发射驱动电路，电连接所述第一发光器件10，用于驱动所述第一发光器件10发射所述第一光信号L1；

第二发射驱动电路，电连接所述第二发光器件11，用于驱动所述第二发光器件11发射所述第二光信号L2。

具体来说，可以通过所述第一发射驱动电路和所述第二发射驱动电路分别控制所述第一发光器件10和所述第二发光器件11，使得所述第一发光器件10和所述第二发光器件11能够同时发射光信号，也能够仅所述第一发光器件10发射所述第一光信号L1或者仅所述第二发光器件L2发射所述第二光信号，以进一步提高所述空间单通道光分复用通信装置的使用灵活性。

在一示例中，所述空间单通道光分复用通信装置还包括第二集成驱动电路，所述第二集成驱动电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路电连接所述第一探测器件20，所述第二控制电路电连接所述第二探测器件21，从而能够分别控制所述第一探测器件20和所述第二探测器件21，使得所述第一探测器件20和所述第二探测器件21既能够同时工作(即同时开启所述第一探测器件20和所述第二探测器件21)，也能够仅开启所述第一探测器件20或者仅开启所述第二探测器件21，以进一步提高所述空间单通道光分复用通信装置的使用灵活性。

图3示出了两个所述空间单通道光分复用通信装置在相互通信时光信号的传输方向。如图3所示，两个所述空间单通道光分复用通信装置中的一个所述空间单通道光分复用通信装置作为发射端、另一个所述空间单通道光分复用通信装置作为接收端，所述发射端中的所述发射结构31中的所述第一发光器件10向所述接收端发射所述第一光信号L1、所述第二发光器件11向所述接收端发射所述第二光信号L2且所述第三发光器件12向所述接收端发射第五光信号L5。所述接收端中的所述接收结构32中的所述第一探测器件20接收所述第一光信号L1、所述第二探测器件21接收所述第二光信号L2且所述第三探测器件22接收所述第五光信号L5。

本具体实施方式提供的空间单通道光分复用通信装置，通过设置包括第一发光器件和第二发光器件的发射结构、以及包括第一探测器件和第二探测器件的接收结构，使得所述发射结构能够发射波长不同的第一光信号和第二光信号，接收结构能够探测波长不同的第三光信号和第四光信号，从而构建了空间单通道光分复用系统，提高了信道的容量和光通信装置的集成度，扩展了光通信装置的功能，扩大了光通信装置的应用领域。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，包括：

发射结构，包括第一发光器件、以及沿第一方向位于所述第一发光器件上方的第二发光器件，所述第一发光器件能够沿第一方向发射第一光信号，所述第二发光器件能够沿第一方向发射第二光信号，且所述第一光信号的波长大于所述第二光信号的波长；

接收结构，包括第一探测器件、以及沿第一方向位于所述第一探测器件下方的第二探测器件，所述第一探测器件能够接收第三光信号并将所述第三光信号转换为第一光生电流信号，所述第二探测器能够接收第四光信号，并将所述第四光信号转换为第二光生电流信号，且所述第三光信号的波长大于所述第四光信号的波长。

2.根据权利要求1所述的空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，所述发射结构还包括：

第一滤光器件，所述第一滤光器件沿所述第一方向位于所述第一发光器件与所述第二发光器件之间，所述第一滤光器件能够阻挡所述第二光信号透过。

3.根据权利要求2所述的空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，所述第一滤光器件包括沿所述第一方向交替叠置的第一介质层和第二介质层，且所述第一光信号能够透过所述第一滤光器件。

4.根据权利要求1所述的空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，所述发射结构还包括沿所述第一方向位于所述第二发光器件上方的第三发光器件，所述第三发光器件能够沿所述第一方向发射第五光信号，且所述第五光信号的波长小于所述第二光信号的波长。

5.根据权利要求4所述的空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，所述发射结构还包括：

第二滤光器件，所述第二滤光器件沿所述第一方向位于所述第二发光器件和所述第三发光器件之间，所述第二滤光器件能够阻挡所述第五光信号透过，且所述第一光信号和所述第二光信号均能够透过所述第二滤光器件。

6.根据权利要求4所述的空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，所述第一光信号为红光信号，所述第二光信号为绿光信号，所述第五光信号为蓝光信号。

7.根据权利要求1所述的空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，所述接收结构还包括沿所述第一方向位于所述第二探测器件下方的第三探测器件，所述第三探测器件能够接收第六光信号并将所述第六光信号转换为第三光生电流信号，且所述第六光信号的波长小于所述第四光信号的波长。

8.根据权利要求7所述的空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，所述第二探测器件还包括第一滤光结构，所述第一滤光结构用于阻挡所述第四光信号透过，且所述第三光信号能够透过所述第一滤光结构；

所述第三探测器件还包括第二滤光结构，所述第二滤光结构用于阻挡所述第六光信号透过，且所述第三光信号和所述第四光信号均能够透过所述第二滤光结构。

9.根据权利要求7所述的空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，所述第三光信号为红光信号，所述第四光信号为绿光信号，所述第六光信号为蓝光信号。

10.根据权利要求1所述的空间单通道光分复用通信装置，其特征在于，还包括第一集成驱动电路，所述第一集成驱动电路包括：

第一发射驱动电路，电连接所述第一发光器件，用于驱动所述第一发光器件发射所述第一光信号；

第二发射驱动电路，电连接所述第二发光器件，用于驱动所述第二发光器件发射所述第二光信号。