CN117353817A - 无源通话终端、无源通话系统和无源通话方法 - Google Patents

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CN117353817A CN202210742858.XA CN202210742858A CN117353817A CN 117353817 A CN117353817 A CN 117353817A CN 202210742858 A CN202210742858 A CN 202210742858A CN 117353817 A CN117353817 A CN 117353817A
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Abstract

本申请实施例提供一种无源通话终端、系统和方法，无源通话终端包括：无源拾音器，无源拾音器包括光束整形件和振膜，振膜与光束整形件间隔设置，光束整形件用于对无源拾音器接收到的第一光线进行整形，以及对第一光线的部分光线反射形成第一反射光线、对第一光线的部分光线透过形成透射光线；振膜用于在待拾音位置的声波作用下发生振动以产生振动信号，以及对透射光线反射形成第二反射光线，第二反射光线加载有振动信号，第一反射光线和第二反射光线相干涉形成相干光信号。实现了井下或者其他特殊场景在断电时信号正常传输以及长距离通信的目的，解决了井下或者其他特殊场景在断电发生时无法实现正常的信号传输或者无法实现长距离通信的问题。

Description

无源通话终端、无源通话系统和无源通话方法
技术领域
本申请实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种无源通话终端、无源通话系统和无源通话方法。
背景技术
随着信息化技术的发展，煤矿井下自动化监控技术与通信技术得到了显著提高。
现有的煤矿井下的各类业务系统(例如数据采集系统、人员定位系统以及通信系统等)往往采用传感器采集信号，信号通过电缆或者无线技术传输给井上的控制终端，但是由于煤矿井下条件恶劣，在采矿过程中会受到了瓦斯、顶板、透水等自然灾害的威胁，一旦发生意外易导致断电，断电导致井下的传感器以及电缆无法正常工作，从而无法采集井下的信号。而采用无线方式时，通信距离受到影响，传输时需要增加一些有源中继器中继，但是断电时，有源中继器以及井下的终端(例如传感器)无法工作，对于一些应急通讯，无法支持长距离的通信，所以，给井下的故障判断或者救援造成极大的不便。
因此，如何在发生断电时实现井下或者其他特殊场景(例如强电磁场、高射流、易燃易爆)下的正常信号传输成为亟需解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种无源通话终端、无源通话系统和无源通话方法，实现了井下或者其他特殊场景在断电时信号正常传输以及长距离通信的目的，解决了现有井下或者其他特殊场景在断电发生时无法实现正常的信号传输或者无法实现长距离通信的问题。
本申请第一方面提供一种无源通话终端，包括：包括：无源拾音器，无源拾音器设置在待拾音位置；无源拾音器包括光束整形件和振膜，振膜与光束整形件间隔设置，光束整形件用于对无源拾音器接收到的第一光线进行整形，以及对第一光线的部分光线反射形成第一反射光线、对第一光线的部分光线透过形成透射光线；振膜用于在待拾音位置的声波作用下发生振动以产生振动信号、以及对透射光线反射形成第二反射光线，第二反射光线加载有振动信号，且第一反射光线和第二反射光线相干涉形成相干光信号。
本申请实施例提供的无源通话终端，通过包括无源拾音器，且无源拾音器包括光束整形件和振膜，振膜与光束整形件间隔设置，光束整形件用于对无源拾音器接收到的光束进行整形，降低光束的发散角，提高光束反射后的耦合效率。利用无源拾音器的振膜在声波或其他振动作用下发生振动并产生振动信号，以及无源拾音器对接收到的光线的部分通过光束整形件先进行一次反射形成第一反射光线，以及对透过光束整形件的部分光线再次反射形成第二反射光线，第二反射光线加载有振动信号，第一反射光线和第二反射光线相干涉形成相干光信号，相干光信号耦合到光纤上进行传输，这样通过相干光信号拾取远端(例如煤矿井底)声音或者振动信号，并将相干光信号通过光纤传输给上行拾音单元，实现了上行无源拾音的目的，以及提高了耦合效率，由于无源拾音器工作时不需要与电源电连接，这样，实现了煤矿或其他特殊场所在断电时信号的正常传输，从而根据接收到的信号达到对远端的无源通话终端的及时定位和监听，进而有助于及时故障诊断或者人员搜救。另外，由于无源拾音器为无源的，具有抗电磁干扰、安全可靠的优点，特别适用于强电磁场、高射频、易燃易爆等场合，例如煤矿瓦斯导致井下断电、强电磁场的高压变电站等场景下工作。
在一种可能的实施方式中，插芯，插芯内穿设有第一光纤；
插芯和光束整形件的一端相对，且光束整形件与插芯之间具有间隙，间隙内填充有填充物，填充物将光束整形件和插芯粘结，且填充物的折射率与插芯和光束整形件的折射率匹配。
在一种可能的实施方式中，光束整形件朝向插芯的一面为斜面，第一光纤和插芯朝向光束整形件的一端均为与斜面平行的倾斜面。
在一种可能的实施方式中，振膜朝向光束整形件的一面具有第一反射面；光束整形件朝向振膜的一端具有第二反射面；光束整形件的第二反射面与振膜的第一反射面之间具有空腔；第二反射面用于将第一光线的部分光线反射形成第一反射光线，以及用于将第一光线的部分光线透射形成透射光线；第一反射面用于将透射光线反射形成第二反射光线。
在一种可能的实施方式中，光束整形件朝向振膜的一面与振膜朝向空腔的一面为相平行的两个平面；
且光束整形件朝向振膜的一面与振膜的第一反射面之间的距离为400～1000μm。
在一种可能的实施方式中，无源拾音器还包括：封装紧固件，无源拾音器的插芯设在封装紧固件的一端内；无源拾音器的振膜设在封装紧固件的另一端处；光束整形件位于插芯和振膜之间。
在一种可能的实施方式中，封装紧固件包括：第一套筒以及位于第一套筒内一端的第二套筒；
插芯和光束整形件均固定在第二套筒内；
振膜设在第一套筒的另一端的端口处。
在一种可能的实施方式中，第一套筒和无源拾音器的振膜中的其中一个上设有与空腔相通的通孔。
在一种可能的实施方式中，光束整形件为光准直透镜。
在一种可能的实施方式中，无源拾音器的振膜朝向光束整形件的一面具有反射膜；且反射膜的反射率≥95％。
在一种可能的实施方式中，光束整形件朝向无源拾音器的振膜的一面设有光学薄膜；
光学薄膜的反射率介于10-60％。
在一种可能的实施方式中，还包括：第一发声组件，第一发声组件用于根据接收到的音频信号进行发声。
在一种可能的实施方式中，第一发声组件包括：光伏转换单元和发声件，光伏转换单元的输入端用于接收第二光线，且第二光线加载有音频信号，光伏转换单元的输出端与发声件相连；光伏转换单元用于将接收到的第二光线转换成电信号，以使发声件根据音频信号发声。
在一种可能的实施方式中，光伏转换单元包括自下而上层叠设置的：背电极、吸收层、窗口层和透明电极层。
在一种可能的实施方式中，还包括：透镜，透镜设在光伏转换单元的入光侧。
本申请第二方面提供一种无源通话系统，包括上述任一所述的N个无源通话终端，上行拾音单元，上行拾音单元通过光纤组件与N个无源通话终端相连；上行拾音单元用于向无源拾音器发射第一光线，以及接收从无源通话终端的无源拾音器返回的相干光信号，以使上行拾音单元根据接收到的相干光信号进行信号处理以输出语音信号；N为大于等于1的整数。
本申请实施例提供的无源通话系统，通过包括无源拾音器和上行拾音单元，利用无源拾音器拾取远端(例如煤矿井底)声音或者振动信号，并将信号通过光纤传输给上行拾音单元，由于无源拾音器不需要与电源电连接，这样，实现了煤矿或其他特殊场所在断电时信号的正常传输，从而根据接收到的信号达到对远端无源通话终端的及时定位、监听，进而有助于及时故障诊断或者人员搜救，实现了上行无源拾音的作用。另外，由于无源拾音器和光纤组件均为无源的，具有抗电磁干扰、安全可靠的优点，可以在强电磁场、高射频、易燃易爆等场合广泛应用，成本低且信号衰减降低，从而可以适用于煤矿、高速公路、铁道等的应急通话。另外，无源拾音器包括光束整形件，提高了无源拾音器对光束反射后的耦合效率，从而使得拾音的效果更好。
在一种可能的实施方式中，还包括：下行传音单元，下行传音单元用于向无源通话终端发射第二光线，第二光线加载有音频信号，以使无源通话终端的第一发声组件根据音频信号发声。
在一种可能的实施方式中，还包括：音频输入单元，音频输入单元与下行传音单元相连；
音频输入单元用于向下行传音单元输入音频信号。
在一种可能的实施方式中，还包括：第二发声组件，第二发声组件与上行拾音单元电连接。
在一种可能的实施方式中，上行拾音单元包括：光源、光环行器、分光器、光探测器阵列和信号处理模块，光源用于产生第一光线；
光环行器其中一个端口与光源相连，且光环行器的另一端口用于与光纤组件相连，分光器与光环行器的第三个端口相连；光探测器阵列和信号处理模块相连，且光探测器阵列用于接收相干光信号，并将相干光信号转化成电信号。
在一种可能的实施方式中，上行拾音单元还包括：光放大器，光放大器设在光环行器和分光器之间。
在一种可能的实施方式中，下行传音单元包括：调制模块和激光器，调制单元与激光器相连，激光器与光纤组件的一端相连；调制单元用于将音频信号调制并加载在激光器上；激光器用于将加载有音频信号的第二光线发射给无源通话终端。
在一种可能的实施方式中，还包括：广播终端，广播终端设在待拾音位置，且广播终端与光纤组件相连。
在一种可能的实施方式中，广播终端包括：光探测器、放大器和喇叭；光探测器与光纤组件的输出端相连，光探测器与放大器相连；喇叭与放大器相连。
在一种可能的实施方式中，广播终端还包括电池，电池分别与光探测器和喇叭电连接。
在一种可能的实施方式中，还包括：光纤组件，光纤组件至少包括：第二光纤和光分波器；
光分波器的一端与第二光纤的一端相连，光分波器的另一端与无源通话终端相连。
在一种可能的实施方式中，光纤组件还包括：光合波器，光合波器的一端与上行拾音单元和无源通话系统的下行传音单元均相连；光合波器的另一端与第二光纤的另一端相连。
在一种可能的实施方式中，光分波器的数量为一个或多个，当光分波器为一个时，一个光分波器与N个无源通话终端相连；当光分波器为多个时，多个光分波器串联设置，且一个光分波器与N个无源通话终端中的一个或多个终端相连。
在一种可能的实施方式中，无源通话系统还包括：供电单元，供电单元与上行拾音单元和无源通话系统的下行传音单元均相连。
本申请第三方面提供一种无源通话方法，方法包括：
向无源通话终端发射第一光线，无源通话终端对第一光线的部分光线反射形成第一反射光线，无源通话终端对第一光线的部分光线透射后再反射以形成第二反射光线，且第二反射光线加载有无源通话终端振动产生的振动信号，第一反射光线和第二反射光线相干涉形成相干光信号；接收从无源通话终端返回的相干光信号，并根据相干光信号中的振动信号输出语音信号。
本申请实施例提供的无源通话方法，实现了远端(例如煤矿井下)和近端(中央控制设备)之间无源且长距离拾音的作用，该通话方法应用于煤矿或其他特殊场合时，可以在断电时，可以拾取到煤矿井下的声音，实现了在断电时长距离且无源的拾音的作用，可以及时对待拾音位置进行监听、定位，有助于实现故障诊断或人员救援。
在一种可能的实施方式中，还包括：向无源通话终端发射第二光线，第二光线加载有音频信号，以使无源通话终端基于音频信号发声。
这样，实现了无源双向通话的作用，当应用于煤矿或其他特殊场合时，可以在断电时，实现井上和井下的双向通话，从而在意外发生时，可以及时对待拾音位置进行监听、定位，有助于实现故障诊断或人员救援。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种无源通话系统的方框示意图；
图2为本申请实施例提供的一种无源通话终端的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种无源通话系统中无源拾音器的剖面结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种无源通话系统中无源拾音器的另一剖面结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种无源通话系统中无源拾音器的空腔的参数对应的曲线；
图6为本申请实施例提供的一种无源通话系统中第一光线的反射和透射的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种无源通话系统中无源拾音器的空腔长度与反射率的曲线示意图；
图8为本申请实施例提供的一种无源通话系统中无源拾音器的空腔长度与FSR的曲线示意图；
图9为本申请实施例提供的一种无源通话系统中无源拾音器的空腔长度与反射率的曲线示意图；
图10为本申请实施例提供的一种无源通话系统中无源拾音器的空腔长度与耦合效率的曲线示意图；
图11为本申请实施例提供的一种无源通话系统中无源拾音器的另一剖面结构示意图；
图12为本申请实施例提供的一种无源通话系统中无源拾音器的再一剖面结构示意图；
图13为本申请实施例提供的一种无源通话终端的另一示意图；
图14为本申请实施例提供的一种无源通话系统中光伏转换单元的结构示意图；
图15为本申请实施例提供的一种无源通话系统中光伏转换单元与透镜的结构示意图；
图16为本申请实施例提供的一种无源通话系统的结构示意图；
图17为本申请实施例提供的一种无源通话系统采用相位解调机制时的曲线示意图；
图18为本申请实施例提供的一种无源通话系统采用三波长解调机制的曲线示意图；
图19为本申请实施例提供的一种无源通话系统采用三波长解调机制对应的电路示意图；
图20为本申请实施例提供的一种无源通话系统的又一结构示意图；
图21为本申请实施例提供的一种无源通话系统的另一结构示意图；
图22为本申请实施例提供的一种无源通话系统中音频信号的调制示意图；
图23为本申请实施例提供的一种无源通话系统中音频信号的另一种调制示意图；
图24为本申请实施例提供的一种无源通话系统的再一结构示意图；
图25为本申请实施例提供的一种各个光分波器与通道之间结构示意图；
图26为本申请实施例提供的一种无源通话系统多级组网时的示意图；
图27为本申请实施例提供的一种无源通话系统采用二级滤波时的示意图；
图28为本申请实施例提供的一种无源通话系统在单级组网时的结构示意图；
图29为本申请实施例提供的一种无源通话系统的另一结构示意图；
图30为本申请实施例提供的一种无源通话系统的另一结构示意图；
图31为本申请实施例提供的一种无源通话方法的流程示意图；
图32为本申请实施例提供的一种无源通话方法的另一流程示意图。
附图标记说明：
10、中央控制设备；11、上行拾音单元；111、光源；112、光环行器；113、分光器；114、信号处理模块；115、光探测器阵列；12、下行传音单元；121、调制模块；122、激光器；13、供电单元；14、第二发声组件；15、音频输入单元；
20、光纤组件；21、光合波器；22、第二光纤；23、光分波器；
30、无源通话终端；31、无源拾音器；311、封装紧固件；3111、第一套筒；3112、第二套筒；312、插芯；313、振膜；3131、第一反射面；3113、空腔；3121、端面；314、光束整形件；3141、第二反射面；3142、端面；315、第一光纤；3151、尾端面；316、填充物；32、第一发声组件；321、光伏转换单元；322、发声件；
40、广播终端；41、光探测器；42、放大器；43、放大器；44、电池。
具体实施方式
煤矿等易燃易爆的场合常用的通信方式为：有线通信或者无线通信，其中，有线通信时往往通过电缆与井下设置的传感器相连，但是一旦发生断电时，井下设置的传感器无法工作，从而无法获取井下的信号，对于无线通信，通信距离较短，往往需要设置有源中继器(即中继器需与电源相连)，但是断电时，有源中继器以及井下的传感器无法工作，从而使得无法及时获取井下的信号，无法快速定位以及故障诊断或人员搜救。
为此，为了解决上述问题，本申请实施例提供的无源通话终端和无源通话系统，通过包括无源拾音器31，利用无源拾音器31的振膜在声波或其他振动作用下发生振动并产生振动信号，以及无源拾音器31对接收到的光线的部分先进行一次反射形成第一反射光线，以及对光线的部分经透射后再次反射形成第二反射光线，第二反射光线加载有振动信号，最后第一反射光线和第二反射光线相干涉形成相干光信号，这样，通过相干光信号拾取远端(例如煤矿井底)声音或者振动信号，并将相干光信号通过光纤传输给上行拾音单元，实现了上行无源拾音的目的，由于无源拾音器31工作时不需要与电源电连接，这样，实现了煤矿或其他特殊场所在断电时信号的正常传输，从而根据接收到的信号达到对远端(例如煤矿井底或者易燃易爆地点)的无源通话终端30的及时定位和监听，进而有助于及时故障诊断或者人员搜救。另外，由于无源拾音器31为无源的，具有抗电磁干扰、安全可靠的优点，特别适用于强电磁场、高射频、易燃易爆等场合，例如煤矿瓦斯导致井下断电、强电磁场的高压变电站等场景下工作。
因此，本申请实施例提供的无源通话终端和无源通话系统可以应用于煤矿等易燃易爆场合的应急通讯，也可以应用高速公路、铁道等的应急电话，或者还可以应用于强电磁场的高压变电站等场所。当然，本申请实施例提供的无源通话终端和无源通话系统也可以应用于其他需要拾音和传音的通话场所。
下面以无源通话系统在煤矿中的应用为例进行详细说明。
参见图1所示，本申请实施例提供的无源通话系统，可以包括：N个无源通话终端30和上行拾音单元11。上行拾音单元11可以通过光纤组件20与N个无源通话终端30相连，例如，上行拾音单元11与光纤组件20的一端相连，光纤组件20的另一端与N个无源通话终端30相连。
其中N为大于等于1的整数，例如N可以1、2或者2以上的任意整数。其中，无源通话终端30的数量可以根据待拾音位置的数量进行设置，例如，待拾音位置为8个，则无源通话终端30的数量也可以为8个，当然，一个待拾音位置可以设置一个无源通话终端30，或者，一个待拾音位置可以设置2个以上的无源通话终端30。
上行拾音单元11用于向无源通话终端30发射第一光线(可以参见下述附图2)，以及接收从无源通话终端30返回的相干光信号。参见图1所示，无源通话终端30包括无源拾音器31，无源拾音器31的振膜313(参见图3)用于在待拾音位置的声波作用下发生振动并产生振动信号，无源拾音器31的振膜313对第一光线进行反射以形成加载有振动信号的相干光信号。上行拾音单元11根据接收到的相干光信号进行信号处理，并输出语音信号。从而完成对待拾音位置拾音的作用。
本申请实施例中，上行无源拾音过程可以为：上行拾音单元11发出第一光线，该第一光线可以为宽谱光线，第一光线经过光纤组件20传输至无源通话终端30的无源拾音器31，无源拾音器31对第一光线的部分光线进行第一次反射，以及对第一光线的其余部分光线经透射后进行第二次反射，其中在反射过程中，当待拾音位置具有声音时，无源拾音器31在声音的作用下发生振动，并产生振动信号，振动信号加载在第二次反射的反射光线上，加载有振动信号的第二次的反射光线与第一次反射的反射光线耦合到光纤组件20上并相干涉形成相干光信号，相干光信号经光纤组件20传输给上行拾音单元11，根据相干光信号中的振动信号输出语音信号，完成拾音过程。
本申请实施例中，由于光纤对信号的衰减低于电缆，且光纤铺设成本低于电缆，因此，本申请实施例提供的无源通话系统，降低系统的成本，以及降低了信号的衰减，从而更适用于煤矿、高速公路、铁道等的应急通话。
本申请实施例提供的无源通话系统，通过包括无源拾音器31和上行拾音单元11，而无源拾音器31不需要与电源相连，实现了无源拾音的目的，避免了煤矿、高速公路、铁道等特殊场合发声断电时无法进行信号传输的问题。另外，本申请实施例中，由于无源的拾音器以及光纤组件20均为无源的器件，所以，本申请实施例提供的无源通话系统，可支持20km的传输距离，实现了长距离的信号传输作用。
下面首先对本申请实施例提供的无源通话终端30进行详细的描述。
其中，参见图2所示，每个无源通话终端30包括：无源拾音器31，无源拾音器31设置在待拾音位置，其中，本申请实施例中，待拾音位置可以为煤矿的井下巷道内。无源拾音器31和光纤组件20均不与电源电连接，均为无源的器件。无源拾音器31用于拾取井下的声音并将声音以振动信号加载到反射光线上，最终加载有振动信号的反射光线耦合到光纤组件20上，通过光纤组件20并传输给上行拾音单元11，根据声音对井下进行监听、定位，从而有助于故障诊断或人员搜救。
本申请实施例提供的无源拾音器31的结构可以参照图3所示，
参见图3所示，无源拾音器31包括：封装紧固件311、插芯312和振膜313，其中，封装紧固件311可以为两端敞开的管状结构，插芯312设在封装紧固件311的一端敞口内，且插芯312内穿设有第一光纤315，参见图3所示，第一光纤315的尾端面3151延伸到插芯312的端面3142且与插芯312的端面3142平齐，第一光纤315的另一端穿出插芯312且用于与光纤组件20(例如与光分波器23)相连。
在一种可能的实现方式中，参见图3所示，封装紧固件311包括：第一套筒3111以及位于第一套筒3111内一端的第二套筒3112，插芯312和光束整形件314均固定在第二套筒3112内，振膜313设在第一套筒3111的另一端的端口处。其中，第一套筒3111可以为不锈钢套筒，第二套筒3112可以为玻璃套筒，第二套筒3112可以起到对插芯312和光束整形件314固定的作用，这样，插芯312和光束整形件314通过第二套筒3112固定在第一套筒3111内。
其中，参见图3所示，振膜313设在封装紧固件311的另一端的敞口处，例如，振膜313和插芯312分别位于封装紧固件311的两端开口内。其中，振膜313与插芯312之间具有空腔3113，振膜313朝向空腔3113的一面具有第一反射面3131。其中，第一光纤315朝向振膜313的一面为竖直平面，当第一光线经过光线组件在第一光纤315内传输至第一光纤315的尾端面3151时，部分第一光纤315在尾端面3151发声反射，部分第一光纤315从尾端面3151投射出去，进入空腔3113，并经第一反射面3131反射。
其中，本申请实施例提供的无源拾音器31的拾音过程为：上行拾音单元11发送第一光线，第一光线经光纤组件20传输到第一光纤315上，当第一光纤315传输至第一光纤315的尾端面3151时，尾端面3151对第一光线中的部分光线进行反射，形成第一次的反射光，部分第一光线从尾端面3151透射进入空腔3113，并照射到振膜313的第一反射面3131，第一反射面3131对透射过来的第一光线进行第二次的反射，形成第二次的反射光，第二次的反射光在第一光纤315的尾端面3151和第一反射面3131之间不断的反射，且部分第二次的反射光透过第一光纤315的尾端面3151耦合至第一光纤315上。其中，光线在第一光纤315的尾端面3151和第一反射面3131之间来回反射过程中，若待拾音位置有声音或震动时，振膜313会发生振动，振膜313的振动使得空腔3113内的体积发生变化，使得第二次的反射光的相位或光程差发生变化。另外，由于光线在振膜313的第一反射面3131反射，所以，经第一反射面3131反射的光线会加载振膜313振动产生的振动信号，这样第一次的反射光与第二次的反射光耦合在第一光纤315上发生相干涉，形成相干光信号，且相干光信号加载有振膜313振动的振动信号，这样，待拾音位置的声音或者振动加载在相干光信号上，并传输至上行拾音单元11，对相干光信号进行处理，最后输出语音信号，对待拾音位置的声音或振动进行恢复。
其中，本申请实施例中，振膜313可以为微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)薄膜、金属薄膜、聚合物薄膜等。
其中，第一光线通过插芯312和封装紧固件311固定，使得第一光纤315的尾端面3151与振膜313具有较好的平行度。本申请实施例中，第一光纤315的尾端面3151与振膜313的第一反射面3131可以为两个相互平行的平行面。
其中，插芯312和第一光纤315的尾端面3151可以如图3所示凸起于第二套筒3112的端面，伸入空腔3113中，这样可以调整空腔3113的腔长L，当然，在一些示例中，如图4所示，插芯312和第一光纤315的尾端面3151也可以平齐与第二套筒3112朝向空腔3113的一端端面。
本申请实施例中，需要说明的是，由于光线在第一光纤315的尾端面3151与振膜313的第一反射面3131之间来回反射，所以，本申请实施例中，如图3所示，无源拾音器31内的空腔3113的腔长L为第一光线的尾端面3151与振膜313的第一反射面3131之间的距离。
本申请实施例中，无源拾音器31内的空腔3113为法布里-帕罗谐振腔(FP腔)，第一光线的尾端面3151与振膜313的第一反射面3131构成法布里帕罗腔(FP腔)的两个平行面。
其中，FP腔的关键特征参数为自由光谱范围(Free Spectral Range，FSR)、插入损耗、对比度、精细度(Finesse)，其中，FSR需要满足系统通道数需求，该值直接影响腔长，插入损耗也需满足系统链路损耗要求，反射率越高，插入损耗越小。对比度大小直接影响所加语音信号幅值大小，对比度大，意味着语音信号的动态范围大，一般要求对比度>20dB。对比度大小与反射回光纤的能量相关，当两个反射面返回能量接近匹配时，可以获得较大的对比度。其中，FSR、插入损耗、对比度的计算方式可以参见图5所示的曲线。
图6为标准光纤FP腔的多光束干涉理论模型图，参见图6所示，FP腔为间距L的平行平面，设平行平面间的介质折射率为n0，两侧的折射率为n，光束a以角度i入射，不断在两个界面之间反射和透射，其中a1，a2，a3等为反射光，发生反射光多光束干涉形成反射干涉谱，b1，b2，b3等透射发生多光束干涉形成透射干涉谱。
根据双光束干涉理论，当入射角i为零时，反射光束组成的干涉光强的公式为(1)：
其中φ为两反射光的相位差，其公式为：
φ＝(4πn0 L)/λ (2)
它由腔长L，腔体介质折射率n0和入射光波长λ共同决定。(1)式中R1与R2分别为两反射面的反射率。由公式(1)、(2)可知，反射率与腔长、波长、介质折射率、反射率相关。即通过腔长的变化，即可实现强度变化，强度变化反映腔长振动信息，回复外界声音或压力。
假设固定介质折射率为1，反射率R1与R2均为4％，腔长分别为100μm和600μm，得到反射率随波长变化图7，参见图7所示，虚线L7为空腔3113的腔长L为100μm时不同波长与反射率的曲线，实线L6为空腔3113的腔长L为600μm时不同波长与反射率的曲线，参见图7所示，空腔3113的腔长L为100μm时，周期较大，在固定波长范围如1520～1570nm内，更加稀疏，仅4个周期；而腔长为600um时，周期小，固定波长范围如1520～1570nm内存在25个周期。
描述周期大小的参量是自由光谱范围(Free Spectrum Range，FSR)，其用来表示FP腔的波长分辨能力。其公式表示为(3)，
其中λ0为宽带入射光的平均波长，L为FP腔的腔长。其物理含义即为如图7所示的干涉周期。如图8所示，腔长越大，FSR越小。
另假设固定介质折射率为1，反射率R1与R2均为4％，腔长为600μm，入射波长为1550nm时，如图9所示，改变腔长长度ΔL，反射率也随之周期变化。
由于从第一光纤315出射的光具有一定的发散性，故在不考虑腔体耦合损耗的情况下，FP腔的耦合效率ε公式为(4)：
其中，n0为腔体介质折射率，ω0单模光纤高斯光束模场半径，L为初始腔长，λ为入射光波长。其随初始腔长的关系最大，关系仿真如图10所示。可见随着初始腔长的增加，耦合效率迅速减小，损耗急剧增大。
系统工作时，每个通道需要占据一个FSR，如果要扩展到多个通道，则要占据多个FSR。而实际使用中波长资源是有限的，如C波段1530～1565nm，要想在有限的波段资源中实现足够多的通道，需想办法减小FSR。又如图8可知，增大腔长L可有效减小FSR，但是如图10所示的耦合效率减小，损耗的增大。例如，中心波长为1550nm，介质折射率n0为1，腔长为100μm(FSR＝12nm)，若直接利用单模光纤(即第一光纤315)与振膜313构成FP腔(即第一光线的尾端面3151与振膜313的第一反射面3131构成FP腔的两个平行面时)，单模光纤端面3142反射率约为4％，此时损耗为12～15dB，对应于C波段只支持3个通道；若腔长为600μm(FSR＝2nm)，对应于C波段可支持17个通道，但损耗>25dB，无法满足系统要求。故扩展多通道的关键为增大腔长L的情况下，提高耦合效率，损耗满足系统要求。
为此，为了提高耦合效率，参见图11所示，无源拾音器31还可以包括：光束整形件314，光束整形件314用于对无源拾音器31接收到的光束(例如第一光线)进行整形，降低光束的发散角，提高光束反射后的耦合效率。其中，光束整形件314对第一光线的部分光线反射形成第一反射光线、对第一光线的部分光线透过形成透射光线。无源拾音器31对透射光线反射形成第二反射光线，第二反射光线加载有无源拾音器31振动时的振动信号，且第一反射光线和第二反射光线耦合到第一光纤315上，且第一反射光线和第二反射光线相干涉形成相干光信号传输至上行拾音单元11。
其中，光束整形件314设置时，参见图11所示，光束整形件314可以固定于封装紧固件311内，光束整形件314朝向振膜313的一端具有第二反射面3141；光束整形件314的第二反射面3141与振膜313的第一反射面3131之间具有空腔3113，例如，空腔3113位于第二反射面3141和第一反射面3131之间，第二反射面3141和第一反射面3131为空腔3113(即FP腔)的两个平行的平行面。所以，光束整形件314朝向振膜313的一面与振膜313朝向空腔3113的一面为相平行的两个平面。
其中，第二反射面3141用于将第一光线的部分光线反射形成第一反射光线，以及用于将第一光线的部分光线透射形成透射光线；第一反射面3131用于将透射光线反射形成第二反射光线；第一反射光线和第二反射光线相干涉且与振动信号耦合形成相干光信号。
其中，本申请实施例中，第一反射光线、透射光线以及第二反射光线可以参见图6所示，第一光线可以光线a，第一反射光线可以为光线a1，透射光线可以点A与点C之间的光线，第二反射光线可以为点C与点B之间的光线，其中，第一反射光线和第二反射光线相干涉可以为第二反射光线从第二反射面3141透射出的光线a2、a3、a4、an等与第一反射光线(例如光线a1)耦合至第一光纤315上发生干涉，形成相干光信号。
本申请实施例中，无源拾音器31的工作原理为：参见图11所示，第一光线经第一光纤315射出，并进入光束整形件314，在光束整形件314的第二反射面3141处发生第一次反射和投射，形成第一反射光线和透射光线，第一反射光线沿着光束整形件314朝向第一光纤315返回，透射光线照射到振膜313的第一反射面3131进行反射，形成第二反射光线，第二反射光线在第一反射面3131和第二反射面3141之间反射，部分第二反射光线透过光束整形件314朝向第一光纤315返回，其中，当待拾音位置具有声音或振动时，振膜313振动，挤压空腔3113，使得空腔3113内的第二反射光线的相位发生变化，另外，第二反射光线在反射过程中基于振膜313振动会加载振膜313的振动信号，这样，经光束整形件314的第二反射面3141反射的第一反射光线和经振膜313的第一反射面3131反射的第二反射光线耦合到第一光纤315后发生干涉，形成相干光信号，相干光信号被光探测器阵列115接收后，由信号处理模块114进行解调，可以获取振膜313的振动信息，也即恢复待拾音位置的声音。
本申请实施例中，通过设置光束整形件314，可以对第一光纤315射出的第一光线以及反射后的光线进行整形，降低发散角，从而起到提高光束反射后的耦合效率。
本申请实施例中，通过第一反射光线和第二反射光线干涉，这样，携带有振动信号的第二反射光线与第一反射光线干涉时发生叠加，从而使得形成的相干光信号的光强增强，这样，上行拾音单元11接收到相干光信号时，便于对振动信号进行解调。
在一种可能的实现方式中，参见图11所示，若第一光纤315射出的第一光线直接照射到光束整形件314的端面3142时，第一光线会在光束整形件314的端面3142发生反射，使得第一光线透射到光束整形件314中的光线减少，这样，反射后的第一反射光线和第二反射光线减小，从而不利于振动信号的采集，为此，为了降低光束整形件314朝向第一光纤315的一端的端面3142处的反射，参见图11所示，光束整形件314与插芯312之间具有间隙，间隙内填充有填充物316，填充物316将光束整形件314和插芯312粘结，填充物316的折射率与插芯312和光束整形件314的折射率匹配，例如，填充物316的折射率介于插芯312和光束整形件314的折射率之间，例如，插芯312的折射率为1.8，光束整形件314的折射率为1.5，则该填充物316的折射率位于1.5-1.8之间。这样，填充物316起到对插芯和光束整形件之间的折射率的过渡作用，且填充物316分别与光束整形件314和插芯312粘结，使得第一光纤315射出的第一光线经过填充物316后可以进入光束整形件314，从而减小了光束整形件314朝向插芯312的一端的端面3142对第一光线的反射。
本申请实施例中，填充物316可以为胶料，例如该胶料可以为树脂材料等，插芯312可以为陶瓷材料，光束整形件314可以为透镜，所以，该胶料只需反射率位于陶瓷和透镜的反射率之间的透光材料均可。
在一种可能的实现方式中，为了进一步的降低第一光线在第一光纤315的尾端面3151以及光束整形件314的端面3142的反射，参见图11所示，光束整形件314朝向插芯312的一端的端面3142为斜面，第一光纤315和插芯312朝向光束整形件314的一端为与斜面平行的倾斜面。例如，在一些示例中，第一光纤315的尾端面3151为倾斜面，第一光纤315的尾端面3151与水平面之间的夹角可以为8°，插芯312朝向光束整形件314的一端的端面3121与水平面之间的夹角为8°，光束整形件314朝向插芯312的一端的端面3142与水平面之间的夹角为8°。这样，可以进一步的降低第一光纤315的尾端面3151以及光束整形件314的端面3142对第一光线的反射。
需要说明的是，在一些示例中，也可以只需要将第一光纤315的尾端面3151与光束整形件314朝向插芯312的一端的端面3142平行且均倾斜设置，插芯312的端面3121可以设置的不与光束整形件314的端面3142平行。
需要说明的是，为了对空腔3113的腔长L进行调整，所以，参见图11所示，光束整形件314朝向振膜313的一端可以凸出于第二套筒3112的一端，或者，在一些示例中，参见图12所示，光束整形件314朝向振膜313的一端也可以与第二套筒3112的一端的端面3142平齐。
在一种可能的实现方式中，第一套筒3111和振膜313中的其中一个上设有与空腔3113相通的通孔(未示出)。例如，可以在第一套筒3111上开设通孔，也可以再振膜313上开设通孔，通过设置通孔，可以起到对空腔3113内外压强的平衡，从而利于振膜313的振动。
在一种可能的实现方式中，光束整形件314为光准直透镜。例如，光准直透镜可以为渐变折射率透镜(G-lens)。
在一种可能的实现方式中，振膜313朝向空腔3113的一面具有反射膜(未示出)，反射膜形成第一反射面3131，且反射膜的反射率≥95％，例如，反射膜的反射率可以为98％或者96％，这样，确保照射到振膜313的第一反射面3131上的光线可以尽量全部反射，减小从振膜313透射出去。
在一种可能的实现方式中，光束整形件314朝向振膜313的一面设有光学薄膜，且光学薄膜朝向插芯312的一面形成第二反射面3141，光学薄膜的反射率介于10-60％，例如，光学薄膜的反射率可以为50％，或者55％等，这样确保经振膜313的第一反射面3131反射的第二反射光线可以部分透过光学薄膜进入光束整形件314，进而与第一反射光线进行干涉形成相干光信号。
在一种可能的实现方式中，光束整形件314朝向振膜313的一面与振膜313的第一反射面3131之间的距离为400～1000μm，例如参见图11所示，光束整形件314朝向振膜313的一面与振膜313的第一反射面3131之间的距离为腔长L，所以，腔长L为400～1000μm，例如，腔长L可以为600μm、或者，腔长L还可以为800μm，这样，图7中的周期小，固定波长范围如1520～1570nm内存在较多的周期，这样FSR较小，C波段1530～1565nm内可以扩展多个通道，而通过光束整形件314，确保了耦合效率，因此，腔长增长的情况下，扩展了通道，提高耦合效率，使得系统的插损满足系统要求。
其中，本申请实施例提供的无源通话终端30为了实现接收音频信号的目的，所以，参见图13所示，每个无源通话终端30可以还包括：第一发声组件32，第一发声组件32可以设在待拾音位置，或者，第一发声组件32可以设在与待拾音位置不同的位置，例如可以在井下巷道内与待拾音位置间隔的待接收位置。发声组件接收第二光线，第二光线加载有音频信号，第一发声组件32基于音频信号发声，这样，待拾音位置可以获取到井上的传输的音频信号，从而实现了双向通话的目的，更有利于故障诊断或人员救援。
其中，第一发声组件32可以为低功耗的发声组件，例如可以利用光电池实现驱动发声，这样，在双向通话过程中，无源通话终端30仍不需要额外的电源连接，断电时，第一发声组件32可以正常接收光纤组件20传输的第二光线，从而实现了双向无源通话的目的。
其中，第一光线与第二光线的波长不同，第二光线可以为激光束，或者，在一些示例中，第一光线和第二光线的波长可以相同，例如第一光线和第二光线都可以为激光束。
其中，在一种可能的实现方式中，参见图13所示，第一发声组件32包括光伏转换单元321和发声件322，光伏转换单元321的输入端与光纤组件20的一端相连，光伏转换单元321的输出端与发声件322相连。
光伏转换单元321用于将光纤组件20传输的第二光线转换成电信号。发声件322将转换后的电信号恢复成音频信号进行输出。本申请实施例中，光伏转换单元321也可以实现对发声件322供电，发声件322在光伏转换单元321的驱动下可以实现发声。需要说明的是，本申请实施例中，发声件322可以为低功耗的喇叭，这样，光伏转换单元321为光电池，光电池可以驱动低功耗的喇叭发声。
通过包括光伏转换单元321和发声件322，这样，第一发声组件32为不需要与外接电源连接的无源的器件，当煤矿等场所发生断电时，第一发声组件32通过光伏转换单元321给发声件322供电，确保了发声件322在煤矿井下断电时可以正常工作，从而实现无源的双向通话。
参见图14所示，光伏转换单元321包括自下而上层叠设置的：背电极3211、吸收层3212、窗口层3213和透明电极层3214。光伏转换单元321可以为PN结构或者PIN结构，光伏转换单元321可以为单结结构或者多结串联结构，以获取最大输出电流，其中，多结串联结构可以为横向串联或纵向串联结构。
其中，吸光层可以为铟镓砷(InGaAs)、砷化镓(GaAs)、铟镓砷磷(InGaAsP)、硅(Si)等材料中任意一种材料制成的层结构。
在一种可能的实现方式中，光伏转换单元321与光分波器之间也采用光纤进行连接，其中，光伏转换单元321可以与光纤直接耦合，例如光纤可以与光伏转换单元321直接耦合。
或者，在一些示例中，参见图15所示，还包括：透镜3215，透镜3215设在光伏转换单元321的入光侧。这样，从光纤射出的光线经过透镜3215进入到光伏转换单元321，光伏转换单元321与光纤之间通过透镜3215耦合。
其中，透镜3215与光伏转换单元321可以分别独立设置，或者，透镜3215与光伏转换单元321可以集成围成整体结构。
通过设置透镜3215，这样，光纤与光伏转换单元321之间可以间隔一定的距离，使得光纤与光伏转换单元321上线路不易干涉，从而提高光纤与光伏转换单元321的耦合效率。
本申请实施例中，参见图13所示，每个无源通话终端30中的无源拾音器31、光伏转换单元321以及发声件322可以封装成整体结构，例如，每个无源通话终端30可以为既可以拾音又可以通话的集成设备，设置时，将N个无源通话终端30设置在对应的待拾音位置，且该无源通话终端30为无源的设备。
下面对上行拾音单元11的结构进行详细描述。
参见图16所示，上行拾音单元11可以包括：光源111、光环行器112、分光器113、光探测器阵列115和信号处理模块114，光源111用于产生第一光线，光源111可以为宽谱光源，宽谱光源可以为放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)光源111，或者宽谱光源可以为超辐射发光管。
其中，光环行器112可以为三端口的环行器，光环行器112可以实现信号的单向传输，例如，光环行器112的其中一个端口与光源111相连，且光环行器的另一端口用于与光纤组件20一端相连，这样第一光线只能从与光纤组件20相连的端口单向输出。分光器113可以与光环行器的第三个端口相连。这样，从无源拾音器31返回的相干光信号从光环行器与光纤组件20相连的端口输入，然后从光环行器与分光器113相连的端口输出，传输到分光器113。
其中，分光器113可以为纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)，或者，也可以为阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)。
其中，分光器113与光探测器阵列115电连接，分光器113将接收到的相干光信号传输给光探测器阵列115，光探测器阵列115接收相干光信号，并将相干光信号转化成电信号，光探测器阵列115和信号处理模块114相连，信号处理模块114将电信号进行滤波放大和解调，并输出语音信号，实现待拾音位置处的声音的恢复。分光器113的分光数量与光探测器阵列115数目对应。
需要说明的是，本申请实施例中，信号处理模块114对电信号进行解调时，可以采用如图17所示的相位解调机制，参见图17所示，可以采用单波长解调，通过图17中的工作点稳定机制，维持最好的线性度和最高的解调灵敏度。
需要说明的是，当采用相位解调机制时，信号处理模块114还可以包括工作点稳定控制单元，实时监控与调节激光器122工作波长，可以消除与环境相关的低频相位抖动，使得干涉机制更加稳定，进而使得信噪比更加稳定；施加小幅、快速扰动(dither)，实时检测斜率变化，稳定工作点在斜率最高处。
或者，也可以采用图18所示的三波长解调机制，采用图3所示的三波长解调机制时，参见图3和图19，过算法实时选取三个工作点中线性度最佳的工作点，维持解调稳定性。
需要说明的是，信号处理模块114的解调方式包括但不限于相位解调机制和三波长解调机制，其中，相位解调机制和三波长解调机制的解调原理可以参考相关技术，本申请实施例中对相位解调机制和三波长解调机制不再赘述。
在一种可能的实现方式中，上行拾音单元11还包括：光放大器(未示出)，光放大器设在光环行器112和分光器113之间，光放大器设置在光环行器与分光单元之间时，在长距离传输场景下，可以增加接收光功率。其中，光放大器可以为掺铒光纤放大器(Erbium-doped Optical Fiber Amplifie，EDFA)。
在一种可能的实现方式中，继续参见图16所示，当无源通话终端30的数量为多个时，光纤组件20可以包括：第二光纤22和光分波器23，光分波器23的一端与第二光纤22的一端相连，光分波器23的另一端与无源通话终端30相连，第二光纤22的另一端与光环行器112相连。这样，第一光线经第二光纤22传输给光分波器23，光分波器23将第一光线按照通道数量分配给各个无源通话终端30。
其中，光分波器23可以为波分复用器件或时分复用器件。
在一种可能的实现方式中，继续参见图16所示，为了实现对上行拾音单元11输出的语音信号进行播放，还包括：第二发声组件14，第二发声组件14与信号处理模块114电连接。信号处理模块114处理后的信号输出给第二发声组件14，第二发声组件14将输出的语音信号进行播放。第二发声组件14可以为喇叭，或者第二发声组件14也可以为耳机。这样，监控人员根据可以第二发声组件14可以获得井下的声音信号。
在一种可能的实现方式中，为了实现无源通话系统中的双向通话，参见图20所示，还包括：下行传音单元12和音频输入单元15，音频输入单元15与下行传音单元12相连，音频输入单元15用于向下行传音单元12输入音频信号，音频输入单元15可以为麦克风。
需要说明的是，本申请实施例中，当包括下行传音单元12时，由于第一光线和第二光线均需通过第二光纤22传输给无源通话终端30，参见图20所示，光纤组件20可以还包括光合波器21，光合波器21的一端与的上行拾音单元11和下行传音单元12均相连，光合波器21的另一端与第二光纤22的一端相连。通过光合波器21可以将波长不同的第一光线和第二光线合到第二光纤22上进行传输。
其中，光合波器21可以为波分复用器件，或者，可以为时分复用器件。
在一种可能的实现方式中，参见图20所示，下行传音单元12包括：调制模块121和激光器122，调制单元与激光器122相连，激光器122与光纤组件20的一端相连；调制单元用于将音频输入单元15输入的音频信号调制并加载在激光器122上；激光器122用于将加载有音频信号的第二光线发射给无源通话终端30的第二发声组件14。其中，激光器122可以为可调激光器122。
本申请实施例中，下行传音过程具体为：调制模块121接收音频输入单元15输入端的音频信号，并将音频信号调制并加载在激光器122，激光器122发出第二光线，第二光线加载有音频信号，第二光线经第二光纤22传输至光分波器23，光分波器23根据波长分光后传输至第一发声组件32，第一发声组件32对第一光线进行处理并将音频信号恢复成语音信号进行输出。
本申请实施例中，上行拾音单元11和下行传音单元12可以如图21所示，集成在中央控制设备10中，当然，在一些示例中，上行拾音单元11和下行传音单元12也可以为相互独立的模块。第二发声组件14和音频输入单元15以及供电单元13也可以与上行拾音单元11和下行传音单元12共同集成在中央控制设备10上。当然，第二发声组件14和音频输入单元15以及供电单元13也可以为独立的设备，例如可以在中央控制设备10上预留接口，第二发声组件14和音频输入单元15需要时通过接口与中央控制设备10预留的接口相连。或者，上行拾音单元11上预留分别与第二发声组件14和供电单元13对应的接口，下行传音单元12上预留分别与音频输入单元15和供电单元13对应的接口。
其中，本申请实施例中，调制模块121可以为激光驱动器与调制器结合的器件。调制模块121可以根据音频信号的电信号，采用如图22所示的内调制方式，也可以采用图23所示的外调制的方式，改变激光器122的光强。
本申请实施例中，无源通话系统组网时，可以通过波分复用组网，组网时，根据无源通话终端30分布的需要，可以采用单级组网或多级组网，例如，如图24所示，采用二级组网，可以包括多个光分波器23，例如，光分波器23a和光分波器23b,。光分波器23a可以进行第一级分光，光分波器23b进行第二级分光。其中，每个光分波器23连接的无源通话终端30可以根据实际需要进行设置，例如，参见图25所示，每个光分波器23可以与3个无源通话终端30。
其中，本申请实施例中，组网时，采用C波段WDM(波分复用)二级组网，参见图26所示，以16通道为例，光分波器23a分出的一路光分别对应通道6-通道11这6个通道，每个通道可以与一个无源拾音器31相连，每个通道对应一种波长的光，光分波器23a分出的另一路光进入光分波器23b再次进行分光，光分波器23b分出的一路光分别对应通道1-通道5这5个通道，另一路光分别对应通道12-通道16这5个通道。
其中，图27为光分波器23与16通道对应的输出光谱，L4为光分波器23a对对应的输出谱线，L5为光分波器23b对应的输出谱线，L1、L2、L3分别为16通道对应的波长中的其中三个波长对应的输出谱线，其中，L1为通道1对应的波长为1525.5、L2为通道2对应的波长为1528.5、L3为通道3对应的波长1531.5。从图27可以看出，光分波器23a可以覆盖6个波长，且与其他波长通道不干涉。
其中，采用传统的级联式分光措施(例如一个光分波器分别与n通道相连)，在n路分光的情况下，链路损耗为n*0.6dB，对于16通道组网，链路损耗为9.6dB，则只能支持8km传输。
而本申请实施例中，通过C波段波分复用组网，对于16通道，通过二级分光，每个光分波器23分成6通道或5通道，这样相对于一个光分波器连接16通道来说，链路损耗为3-3.6dB，相对于传统架构降低6.6-6dB，提升波长利用率，降低损耗，从而可以增加12km的传输距离，实现了可支持20km的传输距离。
其中，组网时，也可以采用图28所示的单级组网，所有的无源通话终端30均与一个光分波器23连接。
在一种可能的实现方式中，参见图29所示，还包括：广播终端40，广播终端40用于设在待拾音位置，且广播终端40与光纤组件20相连。当下行传音单元12将音频信号传输至广播终端40时，广播终端40可以将音频信号进行广播。
参见图29所示，广播终端40包括：光探测器41、放大器42和喇叭43，光探测器41与光纤组件20的输出端相连，光探测器41与放大器42相连，喇叭与放大器42相连，这样，光探测器41可以对接收到的第二光线进行转换，转换成电信号。喇叭43可以为低功耗的喇叭，这样，光探测器41可以驱动喇叭43实现广播。
在一些示例中，当喇叭43为大功率的喇叭时，光探测器41可能无法驱动喇叭43，为此，参见图30示，广播终端40还可以包括：电池44，电池44分别与光探测器41和喇叭电连接，电池44为喇叭和放大器42供电。这样，可以实现采用大功率的喇叭广播的作用。
参见图30所示，还包括：供电单元13，供电单元13与的上行拾音单元11和下行传音单元12均相连。供电单元13为上行拾音单元11和下行传音单元12提供电源。
本申请实施例还提供一种无源通话方法，参见图31所示，方法包括如下步骤：
S101、向无源通话终端发射第一光线，无源通话终端对第一光线的部分光线反射形成第一反射光线，无源通话终端对第一光线的部分光线透射后再反射以形成第二反射光线，且第二反射光线加载有无源通话终端振动产生的振动信号，第一反射光线和第二反射光线相干涉形成相干光信号；
本申请实施例中，S101可以参见上述上行拾音过程，此处不再赘述。
S102、接收从无源通话终端30返回的相干光信号，并根据相干光信号中的振动信号输出语音信号。
其中，相干光信号的形成和解调可以参考上述的描述。
本申请实施例提供的无源通话方法，实现了无源且长距离拾音的作用，当应用于煤矿或其他特殊场合时，可以在断电时，可以拾取到煤矿井下的声音，实现了在断电时长距离且无源的拾音的作用，可以及时对待拾音位置进行监听、定位，有助于实现故障诊断或人员救援。
本申请实施例中，参见图32所示，还包括如下步骤S103：
S103、向无源通话终端30发射第二光线，第二光线加载有音频信号，以使无源通话终端30基于音频信号发声。
其中，第二光线的形成以及无源通话终端30对第二光线的处理可以参考上述的描述。另外，音频信号可以基于相干光信号中的振动信号生成，或者，音频信号与相干光信号中的振动信号不关联。
通过步骤S103，这样，实现了无源双向通话的作用，当应用于煤矿或其他特殊场合时，可以在断电时，实现井上和井下的双向通话，从而在意外发生时，可以及时对待拾音位置进行监听、定位，有助于实现故障诊断或人员救援。
需要说明的是，本申请实施例中，在图32中，步骤S103在步骤S102之后执行，但是，在一些示例中，步骤S103不限于在步骤S102之后执行，例如，步骤S103还可以在步骤S101之前执行，或者，步骤S103和步骤S102可以同时执行。
本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本文中的术语“多个”是指两个或两个以上。本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；在公式中，字符“/”，表示前后关联对象是一种“相除”的关系。
可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。
可以理解的是，在本申请的实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请的实施例的实施过程构成任何限定。

Claims (31)

1.一种无源通话终端，其特征在于，包括：无源拾音器，无源拾音器设置在待拾音位置；
无源拾音器包括光束整形件和振膜，振膜与光束整形件间隔设置，光束整形件用于对无源拾音器接收到的第一光线进行整形，以及对第一光线的部分光线反射形成第一反射光线、对第一光线的部分光线透过形成透射光线；
振膜用于在待拾音位置的声波作用下发生振动以产生振动信号、以及对透射光线反射形成第二反射光线，第二反射光线加载有振动信号，且第一反射光线和第二反射光线相干涉形成相干光信号。
2.根据权利要求1的无源通话终端，其特征在于，无源拾音器还包括：插芯，插芯内穿设有第一光纤；
插芯和光束整形件的一端相对，且光束整形件与插芯之间具有间隙，间隙内填充有填充物，填充物将光束整形件和插芯粘结，且填充物的折射率与插芯和光束整形件的折射率匹配。
3.根据权利要求2的无源通话终端，其特征在于，光束整形件朝向插芯的一面为斜面，第一光纤和插芯朝向光束整形件的一端均为与斜面平行的倾斜面。
4.根据权利要求1-3任一的无源通话终端，其特征在于，
振膜朝向光束整形件的一面具有第一反射面；
光束整形件朝向振膜的一端具有第二反射面；
光束整形件的第二反射面与振膜的第一反射面之间具有空腔；
第二反射面用于将第一光线的部分光线反射形成第一反射光线，以及用于将第一光线的部分光线透射形成透射光线；
第一反射面用于将透射光线反射形成第二反射光线。
5.根据权利要求4的无源通话终端，其特征在于，光束整形件朝向振膜的一面与振膜朝向空腔的一面为相平行的两个平面；
且光束整形件朝向振膜的一面与振膜的第一反射面之间的距离为400～1000μm。
6.根据权利要求1-5任一的无源通话终端，其特征在于，无源拾音器还包括：
封装紧固件，无源拾音器的插芯设在封装紧固件的一端内；无源拾音器的振膜设在封装紧固件的另一端处；
光束整形件位于插芯和振膜之间。
7.根据权利要求6的无源通话终端，其特征在于，封装紧固件包括：第一套筒以及位于第一套筒内一端的第二套筒；
插芯和光束整形件均固定在第二套筒内；
振膜设在第一套筒的另一端的端口处。
8.根据权利要求7的无源通话终端，其特征在于，第一套筒和无源拾音器的振膜中的其中一个上设有与空腔相通的通孔。
9.根据权利要求1-8任一的无源通话终端，其特征在于，光束整形件为光准直透镜。
10.根据权利要求1-9任一的无源通话终端，其特征在于，无源拾音器的振膜朝向光束整形件的一面具有反射膜；
且反射膜的反射率≥95％。
11.根据权利要求1-10任一的无源通话终端，其特征在于，光束整形件朝向无源拾音器的振膜的一面设有光学薄膜；
光学薄膜的反射率介于10-60％。
12.根据权利要求1-11任一的无源通话终端，其特征在于，还包括：第一发声组件，第一发声组件用于根据接收到的音频信号进行发声。
13.根据权利要求12的无源通话终端，其特征在于，第一发声组件包括：光伏转换单元和发声件，光伏转换单元的输入端用于接收第二光线，且第二光线加载有音频信号，光伏转换单元的输出端与发声件相连；
光伏转换单元用于将接收到的第二光线转换成电信号，以使发声件根据音频信号发声。
14.根据权利要求13的无源通话终端，其特征在于，光伏转换单元包括自下而上层叠设置的：背电极、吸收层、窗口层和透明电极层。
15.根据权利要求13或14的无源通话终端，其特征在于，还包括：透镜，透镜设在光伏转换单元的入光侧。
16.一种无源通话系统，其特征在于，包括：
上述权利要求1-15任一的N个无源通话终端；
上行拾音单元，上行拾音单元通过光纤组件与N个无源通话终端相连；
上行拾音单元用于向无源拾音器发射第一光线，以及接收从无源通话终端的无源拾音器返回的相干光信号，以使上行拾音单元根据接收到的相干光信号进行信号处理以输出语音信号；
N为大于等于1的整数。
17.根据权利要求16的无源通话系统，其特征在于，还包括：下行传音单元，
下行传音单元用于向无源通话终端发射第二光线，第二光线加载有音频信号，以使无源通话终端的第一发声组件根据音频信号发声。
18.根据权利要求17的无源通话系统，其特征在于，还包括：音频输入单元，音频输入单元与下行传音单元相连；
音频输入单元用于向下行传音单元输入音频信号。
19.根据权利要求16-18任一的无源通话系统，其特征在于，还包括：第二发声组件，第二发声组件与上行拾音单元电连接。
20.根据权利要求16-19任一的无源通话系统，其特征在于，上行拾音单元包括：光源、光环行器、分光器、光探测器阵列和信号处理模块，光源用于产生第一光线；
光环行器其中一个端口与光源相连，且光环行器的另一端口用于与光纤组件相连，分光器与光环行器的第三个端口相连；
光探测器阵列和信号处理模块相连，且光探测器阵列用于接收相干光信号，并将相干光信号转化成电信号。
21.根据权利要求20的无源通话系统，其特征在于，上行拾音单元还包括：光放大器，光放大器设在光环行器和分光器之间。
22.根据权利要求17或18的无源通话系统，其特征在于，下行传音单元包括：调制模块和激光器，调制单元与激光器相连，激光器与光纤组件的一端相连；
调制单元用于将音频信号调制并加载在激光器上；
激光器用于将加载有音频信号的第二光线发射给无源通话终端。
23.根据权利要求16-18任一的无源通话系统，其特征在于，还包括：广播终端，广播终端设在待拾音位置，且广播终端与光纤组件相连。
24.根据权利要求23的无源通话系统，其特征在于，广播终端包括：光探测器、放大器和喇叭；
光探测器与光纤组件的输出端相连，光探测器与放大器相连；
喇叭与放大器相连。
25.根据权利要求24的无源通话系统，其特征在于，广播终端还包括电池，电池分别与光探测器和喇叭电连接。
26.根据权利要求16-25任一的无源通话系统，其特征在于，还包括：光纤组件，光纤组件至少包括：第二光纤和光分波器；
光分波器的一端与第二光纤的一端相连，光分波器的另一端与无源通话终端相连。
27.根据权利要求26的无源通话系统，其特征在于，光纤组件还包括：光合波器，光合波器的一端与上行拾音单元和无源通话系统的下行传音单元均相连；
光合波器的另一端与第二光纤的另一端相连。
28.根据权利要求26或27的无源通话系统，其特征在于，光分波器的数量为一个或多个，
当光分波器为一个时，一个光分波器与N个无源通话终端相连；
当光分波器为多个时，多个光分波器串联设置，且一个光分波器与N个无源通话终端中的一个或多个终端相连。
29.根据权利要求16-28任一的无源通话系统，其特征在于，无源通话系统还包括：供电单元，供电单元与上行拾音单元和无源通话系统的下行传音单元均相连。
30.一种无源通话方法，其特征在于，方法包括：
向无源通话终端发射第一光线，无源通话终端对第一光线的部分光线反射形成第一反射光线，无源通话终端对第一光线的部分光线透射后再反射以形成第二反射光线，且第二反射光线加载有无源通话终端振动产生的振动信号，第一反射光线和第二反射光线相干涉形成相干光信号；
接收从无源通话终端返回的相干光信号，并根据相干光信号中的振动信号输出语音信号。
31.根据权利要求30的无源通话方法，其特征在于，还包括：
向无源通话终端发射第二光线，第二光线加载有音频信号，以使无源通话终端基于音频信号发声。
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