CN1193851A - 利用公共光路进行发送和接收的光收发机 - Google Patents

Abstract

使用同一光路接收和发送光束的光收发机,在很大适度上避免了重复使用光学元件,这特别适于自由空间光通信。将接收光束分解以便不同部分的光束能送到实际空间上不同位置的光电检测器,其中一个光电检测器用于检测接收的光信息,另一个光电检测器检测光接收机的不共轴性。按此种方式,对准用检测器并不与光信息接收检测器相互干涉。

Description

利用公共光路进行发送和接收的光收发机

本发明涉及光通信系统。在用于自由空间光通信时，本发明具有特别的优越性。

最近，自由空间光通信重新引起人们的兴趣。原因在于过去采取了一些步骤来减少政府对通信工作的管理。从管理的观点看，这使得新的通信服务提供者有可能进入先前已有的通信服务提供者的服务领域。但是，为了以经济的方式进入新的领域，新的服务提供者正在寻求避免必须对每一个服务顾客提供昂贵的硬件联接设备的方法。(例如双绞线，同轴电缆，光纤)。对于大部分必须提供的服务，无线电通信并不是可行的选择，因为对于这些应用服务来讲，可用带宽是有限的且是严格规定的。

自由空间光通信具有解决以上所提问题的潜力。自由空间光通信实质上是一无引导的，点对点的，利用光(例如红外)通过大气的视线通信。一般地讲，这种通信是双向的，因为通信服务的提供者必须向或从位于远处的顾客发送信息或接收信息。

自由空间光通信的一个可能限制是，通过大气有效发射的光仅在很短的距离传播，典型距离可能在大约500米至1000米之间，这取决于服务的质量。在涉及远距离通信时，必须经常地再生光的信息。为保证系统经济可行，必须有便宜且有效的光收发机。这样一个系统，可能需要相当多数目的光收发机。

根据前面所述，本发明的一个目的就是改进并且简化光收发机。

本发明更具体的目的是给出一改进的并且简化了的光收发机，此光收发机特别适用于自由空间光通信。

根据本发明的原理，本发明还完成了这些和其它的目的。这些目的包括提供给光收发机的高速光电检测器，此光电检测器用于检测通过光束发送给光收发机的信息；位置检测光电检测器阵列(即四元传感器)，此传感器用于检测光收发机与所接收光束的对准；以及收发机光源。在最可能的实际或合理的程度上，光收发机发送和接收光束使用一个公共光路。所以，对高速光电检测器用来聚焦入射光的透镜系统也被用来聚焦用于位置检测光电检测器的入射光。光束分解器用来分解入射光束，并将每一部分接收光束指向两种类型的光接收器的每一个。同样的透镜系统也可把来自光源的光束沿与光收发机接收光束相同的光路发送出去。

在一具体最佳实施例中，来自光源的光通过位置检测光电检测器阵列的中心孔径发送出去。通过使用光束分解器，将接收光束的一部分光指向到位置检测光电检测器阵列，此光电检测器阵列位于与高速光电检测器不同的光轴上。这样，大大地减少了位置检测器阵列与高速光电检测器之间的干扰，提高了光收发机的光接收和信息检测的效率。利用公共光路和单一透镜系统(接收光束与发送光束通过此透镜系统的大部分路径)有助于降低造价和增加光收发机的可靠性。

本发明的其它特征，性质以及各种优点从附图中及具体器件的详细描述中将会更加明显。

图1是本发明设备的截面图。它表明了按照本发明的原理所构造的自由空间光收发机设备的截面。

图2是一简化的正面图。它表明图一所示设备中一部分的正面图。

如图1所示，通过大气的光束指向光收发机10，并从光收发机的右边进入光收发机。在光收发机的左端，反射镜20将入射光束反回到光束分解器30。光束分解器30把从反射镜20来的一部分光经过滤光器40送到高速光电检测器50。元件30，40，50在收发机10的中心由一个或多个支杆60所支撑，这些支杆沿径向延伸到光收发机的外体。反射镜20聚焦通过元件30和40的光，元件30和40在高速光电检测器50之上。滤光器40用来减少杂散光(即周围的太阳光)。这些杂散光可被光电检测器50收到。光电检测器50将所接到的光转化为电信号后可为其它器件(处于光收发机10位置，在此没有画出)所使用。

由反射镜20指向光束分解器30的另一部分光反射到滤光器70和光电检测器阵列80。与滤光器40一样，滤光器70用来减少杂散光，这些光可被阵列80所收到。由于一些随着描述变得明显的原因，阵列80有一中心孔径，滤光器70也有一个对应的对准的中心孔径。阵列80可以是一个传统的四元传感器，如在图2所描述那样。这样一个器件具有4个电气隔离的光电检测器阵元82a-d，它们围绕中心孔径84放置。反射镜20聚焦接收的光束到四元传感器80；所以，若光收发机10恰好与入射光束对准，每一阵元82近似地收到相同的入射光。若光收发机没有对准入射光束，四元传感器的每一阵元82将收到不同的入射光。各阵元的输出信号也将不同，这些信号差可被光收发机的定位装置所使用(没有画出)，以便重新定位光收发机，直到它重新对准入射光束。

光源90位于光电检测器阵列80的孔径背后，此光源是光收发机用于发射光束的。比如，光源90可能是一个激光二极管。在光源90前面的透镜100用于聚焦来自光源的光束，以便穿过光电检测器阵列80的孔径和滤光器70的孔径。在通过这些孔径以后，来自光源的光遇到光束分解器30。其中一部分光束通过光束分解器并在吸收区110被衰减掉(即吸收)。但是，光束分解器30将来自光源90的另一部分指向反射镜20。反射镜20将这部分光反射出光收发机(如图一所示，在光收发机的右边)，就像光是由光收发机所发送的一样。

为了防止来自光源90的光被光电检测器50和80错误地收到。对于来自光源90的光束，可以期望使用不同于光收发机入射光频率的光。按照这种方式，选择滤光器40和70让入射光通过并阻止任何来自光源的光到达光电检测器50和80。

由前所述，光收发机10接收和发送的光束沿着一个公共的光轴。在很大程度上，接收和发送光束使用同样的光学元件是很经济的。这也适用于反射镜20和光束分解器30。在接近传播的终端，到达光电检测器阵列80的光束是从高速光电检测器50折回的光束。所以，检测器阵列80并不干扰检测器50的光接收。在现有技术的安排上、由于来自高速检测器的光要穿过检测器阵列50的中心孔径，经常发生干扰情况。在目前的安排中，高速检测器50的光接收得到了改善。

以后将要看到，前面所述只是本发明的原理性描述。熟悉本领域的人员在不偏离本发明的范围与实质的情况下，可以进行各种各样的修改。例如，在自由空间和光束分解器之间，光束可以穿过其它类型的光学系统，比如Schmidt-Cassegrain望远镜，而不是经反射镜20通过自由空间和光束分解器。

Claims (19)

1.沿着公共光路发送和接收光的光收发机，包括：

第一光电检测器，用于检测由光收发机所接收的光，以便从接收光中提取信息；

第二光电检测器，与第一光电检测器有一间隔，用于检测由光收发机所接收的光，以便检测所述收发机相对所述接收光的不共轴性。

光束分解器，位于公共光路上，用于将所述接收光的第一部分定向到第一光电检测器，将所述接收光的第二部分定向到第二光电检测器；以及

收发机所发送光的光源，用于将所述发送光经光束分解器定向到所述公共光路。

2.权利要求1所述的收发机，其中所述第二光电检测器和所述光源是相邻放置的。

3.权利要求1所述的收发机，其中所述光束分解器将来自光源的光的第一部分定向到公共光路，将来自光源的光的第二部分定向到另一光路，并且，其中所述收发机还包括：

一吸收器，用于吸收所述光源在所述另一光路中的从所述光源发出的光的第二部分。

4.权利要求1所述的收发机还包括：

滤光器，位于所述光束分解器和所述第一光电检测器之间，用于滤除任何不想被光收发机接收的光。

5.权利要求1所述的收发机还包括：

滤光器，位于所述光束分解器和所述第二光电检测器之间，用于滤除任何不想被光收发机所接收的光。

6.权利要求1所述的收发机，其中所述第二光电检测器包括：

围绕中心孔径以阵列方式放置的多个光电检测器段。

7.权利要求6所述的收发机，其中所述光源发射所述光，该光通过所述孔径由所述收发机发送出去。

8.权利要求7所述的收发机，其中所述光源置于第二光电检测器一侧，远离光束分解器。

9.权利要求8所述的收发机，其中所述光源与所述光束分解器沿通过所述孔径的光轴对准。

10.权利要求6所述的收发机还包括：

滤光器，位于所述光束分解器和所述第二光电检测器之间，用于滤除不想被所述光收发机所接收的光，所述滤光器有一孔径，它对应第二光电检测器的所述孔径并且与之光学对准。

11.权利要求1所述的收发机，其中所述第二光电检测器包括一个四元检测器。

12.权利要求1所述的收发机，其中所述光源所发射的光频率不同于光收发机的接收光频率。

13.权利要求1所述的收发机，其中所述光收发机经过自由空间接收和发送光束。

14.通过用于接收和发送光的公共光路收发光的方法，包括以下步骤：

把经由公共光路的接收的光分解为第一部分和第二部分；

将所述第一部分光定向到第一光电检测器用于从接收光中提取接收的信息；

将所述第二部分光定向到第二光电检测器用于从接收光中提取关于与所述接收光对准的信息；以及

经光源产生用于通过所述公共光路传输的光。

15.权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：

定位所述光源和所述光电检测器，以便将来自光源的光传播到公共光路中，传播方向与到所述第二光电检测器的第二部分光的方向相反。

16.权利要求14所述的方法，还包括步骤：

把来自所述光源的光分解为第一部分和第二部分；将第一部分定向到公共光路；并且吸收所述第二部分。

17.权利要求14所定义的方法，还包括步骤：

对所述第一部分光滤光，以除去任何不想被接收的光。

18.权利要求14所定义的方法，还包括步骤：

对所述第二部分光滤光，以除去任何不想被接收的光。

19.权利要求14所定义的方法，其中在所述的生成步骤中产生的光具有与经过公共光路的接收光不同的频率。

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