CN1921354A - 紫外光通信系统 - Google Patents

Abstract

一种紫外光通信系统，由发射端和接收端构成，由紫外灯、透镜、体光栅、反射镜、紫外窄带滤光片、偏振分光器、电光晶体和光电倍增管等组成的多信道紫外光通信系统。本发明可实现非直视型的日盲波段的多信道紫外光通信，可实现大容量信道的紫外光通信，或实现一点到多点的通信。

Description

紫外光通信系统

技术领域

本发明涉及大气紫外光通信，提出了一种紫外光通信系统。

背景技术

目前人们掌握的通信手段包括无线电通信、微波通信、有线通信和光纤通信等几种。无线电和微波通信保密性不高，它们发出的电磁波在很远的地方能被干扰、监听。有线通信和光纤通信需要预先铺设好传输线，不适应需要灵活、机动和快速反应的作战指挥场合。近年来红外激光通信获得较快的发展，它具有传输速率高、抗干扰和保密性好的优点。但是，它是一种视距通信手段，只能实现点对点通信，若有障碍物阻挡通信就会中断，而且需要精确瞄准以保证通信链路正常工作。

紫外光信息传输技术是一种崭新的信息传输技术，由于紫外光在近地低空大气存在“日盲区”及其在低空大气中的强烈吸收和散射作用，使得它可以实现短程、安全、保密的通信。

紫外光信息传输具有以下显著特点：

(1)极高保密性：紫外光在传输过程中受到大气分子、气溶胶的大气衰减的强烈作用，能量衰减很快，在通讯距离外，使用紫外探测器也不能窃听。由于大气散射，很难从散射信号中判断发射机位置。

(2)全天候工作：由于紫外系统光源光谱工作于日盲区(200-280nm)，故在近地低空大气中没有这一波段光谱，所以能全天候工作。

(3)抗干扰性：一方面大气中的臭氧分子对阳光中的紫外成分有强烈吸收；另一方面，紫外光不受电磁波影响，所以敌方很难进行干扰。

(4)全方位性：紫外光传输系统中使用发散的紫外光源，可完成一点对多点传输。且利用紫外光的散射效应，能克服各种地形障碍。

由于紫外光的这么多优势，研究人员已经开发出了以下几种紫外光通信系统：

(1)以低压汞灯为光源，在低速载波信号上进行调频传输语音的紫外光通信系统。光源使用低压汞灯，接收端使用日盲型光电倍增管加滤色片，使用频率调制传输4k以下的语音信号。

(2)低速数字信号传输的紫外光通信系统。以氘灯为光源，接收端使用日盲型光电倍增管加滤色片，用频移键控(FSK)调制传送数字信号。

(3)用紫外发光二极管(LED)为光源的紫外光通信系统。接收端同样采用日盲型光电倍增管加滤色片，调制方式采取脉冲位置调制调制。

(4)用汞氩灯为光源的紫外光通信系统。接收端日盲型光电倍增管加滤色片，调制方式直接采用开关键控(OOK)。

上述紫外光通信系统不论是传送语音还是数字信号，传输速率都是比较低的，也就是通信信道容量比较小的，而且也都不能同时进行多信道通信。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种紫外光通信系统，它具有多信道或者大容量信道，以期能推动紫外通信的发展。

本发明的技术解决方案如下：

一种紫外光通信系统，由发射端和接收端构成，其特征在于：

所述的发射端包括n路信号，其中n为≥2的正整数，每一路信号对应相应的紫外光的一个波段；还有带反射罩的高压汞灯，沿该高压汞灯的输出光方向依次有会聚凸透镜、准直透镜和第一光栅，在第一光栅的各个波段光出射角的方向放置各个光路的第一反射镜，在各反射镜的反射光方向设置相应波段的窄带干涉滤光片和偏振分光镜，在各偏振分光镜的反射光方向有各光路的第二反射镜，在各个第二反射镜的反射光方向是各光路的第一电光晶体、第一检偏器，在所述的各光路的偏振分光镜的透射光方向是各光路的第二电光晶体和第二检偏器。

所述的接收端，在接收光方向依次有大视场透镜，准直透镜和第二光栅，在第二光栅的各波段光出射角的方向依次放置各光路的反射镜，对应各波段的窄带干涉滤光片，光电倍增管和脉冲位置调制解码器。

所述的发射端中，所述的n路信号由信号分解器输出，所述的接收端中，在所述的各光路上的脉冲位置调制解码器后设置一信号复合器。

在2n个所述的检偏器的后面分别加设有反射光朝向不同的反射镜。

一种紫外光通信系统，由发射端和接收端构成，其特征在于：

所述的发射端包括n路信号，每一路信号对应相应的紫外光的一个波段；还有n个带反射罩的高压汞灯，每个高压汞灯使用不同的一个波段，沿各高压汞灯的输出光方向依次有会聚凸透镜、准直透镜，在各个准直透镜后面再设置对应各个不同波段的窄带干涉滤光片和偏振分光镜，在各偏振分光镜的反射光方向有反射镜，在反射镜的反射光方向是各路信号调制的各光路的第一电光晶体和第一检偏器，在所述的各路信号的偏振分光镜的透射光方向是各路信号调制的各光路的第二电光晶体和第二检偏器；

所述的接收端，自接收光方向依次有大视场透镜，准直透镜和光栅，在光栅的各波段光出射角的方向依次放置各光路的反射镜、对应各波段的窄带干涉滤光片、光电倍增管和脉冲位置调制解码器。

所述的n的取值范围为：2、3、4。

共有n路信号需要同时传送。高压汞灯经过反射罩将宽波带紫外光(光谱约为220nm～600nm)以近平行光发射出来，凸透镜将其会聚，再通过准直透镜变成细平行光束发射出来，经过光栅分光，在光栅后将形成连续光谱分布，以10nm～20nm为一个波段，将220nm～280nm的紫外光分为n个波段。在各波段光出射角的方向放置各光路的第一反射镜，让这一波段大部分的光通过这一光路的第一反射镜进入各窄带干涉滤光片，滤光片通光范围与第一波段紫外光范围相同，透过的光再进入各光路上的偏振分光镜，偏振方向为x方向的光透过各偏振分光镜进入各光路的第二电光晶体，而偏振方向为y方向的光则反射到各光路的第二反射镜上，再反射一次进入各第一电光晶体，各光路的两个电光晶体同时受相应的各路电压信号进行纵向强度调制，之后经过各第一电光晶体的光通过各第一检偏器输出，经过各第二电光晶体的光经过各第二检偏器输出。2n束不同波段经过不同信号调制的紫外光一起进入大气信道朝同一方向发射出去。

在接收端，近似平行接收到的光进入大视场透镜接收，经过聚焦并通过准直透镜变成细平行光束输出，入射到光栅上经过分光分成n个波带的紫外光。各个波段的紫外光通过各个光路上的反射镜进入相应的各窄带干涉滤光片，通过滤光片后的光进入各光路的光电倍增管恢复为各路脉冲位置调制信号，再进入各脉冲位置调制解码器，恢复为发射端的原各路信号。

在所述的紫外光通信系统的发射端，所述的n路信号可以由信号分解器输出，所述的接收端中，在所述的各光路上的脉冲位置调制解码器后设置一信号复合器，这样可以传高速信号。其具体做法是在发射端，首先通过电学手段把一路高速信号分解成n(2、3或4)路，即将信号的每一帧等分为n个部分，把每一帧的第k(1≤k≤n)部分提出并组合成速率为原信号n分之一的低速信号，再把每路低速基带信号进行脉冲位置调制(ppm)，分别形成第一、二、……n路信号，这n路信号将进行连续光的脉冲位置调制。在接收端，将由各脉冲位置调制解码器解调出来的n路低速信号送入信号复合器，其工作原理与信号分解器正好相反，最终恢复成原高速信号。

所述的紫外光通信系统，如果在2n个检偏器的后面分别加设有反射光朝向不同的反射镜，可以让n路信号不从同一个方向发射，即不是进行点到点的多信道通信，而是从n个不同方向发射出去，能实现一点到多点的通信。

所述的紫外光通信系统，如果去掉其发射端的光栅，不使用光栅分光，而是同时使用n个光源，对每个光源使用其一个波段，再把经过调制的n个波段的光集中从一个方向发射出去，这样就能获得比较大的发射功率，而通信距离也能得到增加。

本发明的技术效果表现在：

(1)本发明实现的紫外光通信系统，可实现非直视型的日盲波段的多信道紫外光通信。

(2)本发明实现的紫外光通信系统，对紫外光分光后不同频率的光实行了对紫外波段连续光的脉冲位置调制调制。

(3)本发明实现的紫外光通信系统，当其发射端的各路信号是由一高速信号经过信号分解器分出，而在接收端将由脉冲位置调制解码器输出的各路信号再通过一信号复合器复合成原高速信号时，可实现大容量信道的紫外光通信。

(4)本发明实现的紫外光通信系统，当在各检偏器的后面分别加设有反射光朝向不同的反射镜，可以让各路信号不从同一个方向发射，即不是进行点到点的多信道通信，而是从各个不同方向发射出去，能实现一点到多点的通信。

(5)本发明实现的紫外光通信系统，如果不使用光栅分光，而是同时使用多个光源，对每个光源使用其一个波段，再把经过调制的多个波段的光集中从一个方向发射出去，这样就能获得比较大的发射功率，能实现较远距离的多信道紫外光通信。

附图说明

图1是本发明紫外光通信系统的发射端原理图。

图2是本发明紫外光通信系统的接收端原理图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明紫外光通信系统的发射端原理图。

实施例1：

n取2，要传的两路信号分别为第一路信号91和第二路信号92。

所述的发射端包括带有反射罩的高压汞灯1，沿该高压汞灯1的输出光方向依次有会聚凸透镜2、准直透镜3和第一光栅4，在该第一光栅4后：

在该第一光栅4的第一波段光出射角的方向放置第一反射镜51，在该第一反射镜51的反射光方向设置第一窄带干涉滤光片61和第一个偏振分光镜712，该第一个偏振分光镜712的反射光方向有第二反射镜711，在该第二反射镜711的反射光方向是第一电光晶体811、第一检偏器1011，在所述的第一个偏振分光镜712的透射光方向是第二电光晶体812、第二检偏器1012；

在该第一光栅4的第二波段光出射角的方向放置第三反射镜52，在该第三反射镜52的反射光方向设置第二窄带干涉滤光片62和第二个偏振分光镜722，该第二个偏振分光镜722的反射光方向有第四反射镜721，在该第四反射镜721的反射光方向是第三电光晶体821、第三检偏器1021，在所述的第二个偏振分光镜13的透射光方向是第四电光晶体822、第四检偏器1022；

请参阅图2，图2是本发明紫外光通信系统的接收端原理图。所述的接收端，在接收光方向依次有大视场透镜12，准直透镜13和第二光栅14，在该第二光栅14后：

在该第二光栅14的第一波段光出射角的方向放置第5反射镜151，在该第5反射镜151的反射光方向依次设置第3个窄带干涉滤光片161，第一光电倍增管171和第一脉冲位置调制解码器181；

在该第二光栅14的第二波段光出射角的方向放置第6个反射镜152，在该第6个反射镜152的反射光方向依次设置第4个窄带干涉滤光片162，第二光电倍增管172和第二脉冲位置调制解码器182。

高压汞灯1经过反射罩将宽波带紫外光(光谱约为220nm～600nm)以近平行光发射出来，凸透镜2将其会聚，再通过准直透镜3变成细平行光束发射出来，经过光栅4分光，在光栅4后将形成连续光谱分布，以30nm为一个波段，将220nm～280nm的紫外光分为2个波段。在第一波段光出射角的方向放置第一反射镜51，让220～250nm大部分的光通过第一反射镜51进入第一窄带干涉滤光片61，第一滤光片61通光范围与第一波段紫外光范围相同，透过的光再进入第一个偏振分光镜712，偏振方向为x方向的光透过偏振分光镜712进入第二个电光晶体812，而偏振方向为y方向的光则反射到第二反射镜711上，再反射一次进入第一个电光晶体811，两个电光晶体同时受第一路电压信号91进行纵向强度调制，之后经过第一个电光晶体811的光通过第一个检偏器1011输出，经过第二个电光晶体812的光经过第二个检偏器1012输出。

光栅后在第二波段光出射角的方向放置第三反射镜52，让250～280nm的大部分的光通过第三反射镜52进入第二窄带干涉滤光片62，第二滤光片62通光范围与第二波段紫外光范围相同，透过的光再进入第二个偏振分光镜722，偏振方向为x方向的光透过偏振分光镜722进入第四个电光晶体822，而偏振方向为y方向的光则反射到第三反射镜721上，再反射一次进入第三个电光晶体821，两个电光晶体同时受第二路电压信号92进行纵向强度调制，之后经过第三个电光晶体821的光通过第三个检偏器1021输出，经过第四个电光晶体822的光经过第四个检偏器1022输出。这四束不同频率经过不同信号调制的紫外光一起进入大气信道朝同一方向发射出去。

在接收端，近似平行接收到的光进入大视场透镜12接收，经过聚焦并通过准直透镜13变成细平行光束输出，入射到光栅14上经过分光分成2个波带的紫外光。220～250nm紫外光通过第5反射镜进入第3窄带干涉滤光片161，通过滤光片161后的光进入第一个光电倍增管171恢复为第一路脉冲位置调制信号，再进入第一脉冲位置调制解码器181，恢复为发射端的第一路信号。

250～280nm紫外光通过第6反射镜进入第4窄带干涉滤光片152，通过滤光片152后的光进入第二个光电倍增管172恢复为第二路脉冲位置调制信号，再进入第二脉冲位置调制解码器182，恢复为发射端的第二路信号。

实施例2

当n取3时，在发射端要传送的分别是第一路信号91，第二路信号92和第三路信号93。

所述的发射端带有反射罩的高压汞灯1，沿该高压汞灯1的输出光方向依次有会聚凸透镜2、准直透镜3和第一光栅4，在该第一光栅4后：

在该第一光栅4的第一波段光出射角的方向放置第一反射镜51，在该第一反射镜51的反射光方向设置第一窄带干涉滤光片61和第一个偏振分光镜712，该第一个偏振分光镜712的反射光方向有第二反射镜711，在该第二反射镜711的反射光方向是第一电光晶体811、第一检偏器1011，在所述的第一个偏振分光镜712的透射光方向是第二电光晶体812、第二检偏器1012；

在该第一光栅4的第二波段光出射角的方向放置第三反射镜52，在该第三反射镜52的反射光方向设置第二窄带干涉滤光片62和第二个偏振分光镜722，该第二个偏振分光镜722的反射光方向有第四反射镜721，在该第四反射镜721的反射光方向是第三电光晶体821、第三检偏器1021，在所述的第二个偏振分光镜13的透射光方向是第四电光晶体822、第四检偏器1022；

在该第一光栅4的第3波段光出射角的方向放置第五反射镜53，在该第5个反射镜53的反射光方向设置第三窄带干涉滤光片63和第三个偏振分光镜732，在该第三偏振分光镜732的反射光方向有第六个反射镜731，在该第六个反射镜731的反射光方向是第五个电光晶体831、第五个检偏器1031，在所述的第三偏振分光镜732的透射光方向是第六个电光晶体832、第六个检偏器1032；

所述的接收端，在接收光方向依次有大视场透镜12，准直透镜13和第二光栅14，在该第二光栅14后：

在该第二光栅14的第一波段光出射角的方向放置第七反射镜151，在该第七反射镜151的反射光方向依次设置第四个窄带干涉滤光片161，第一光电倍增管171和第一脉冲位置调制解码器181；

在该第二光栅14的第二波段光出射角的方向放置第八个反射镜152，在该第八个反射镜152的反射光方向依次设置第五个窄带干涉滤光片162，第二光电倍增管172和第二脉冲位置调制解码器182；

在该第二光栅14的第三波段光出射角的方向放置第九个反射镜153，在该第九个反射镜153的反射光方向依次设置第六个窄带干涉滤光片163，第三光电倍增管173和第三个脉冲位置调制解码器183。

高压汞灯1经过反射罩将宽波带紫外光(光谱约为220nm～600nm)以近平行光发射出来，凸透镜2将其会聚，再通过准直透镜3变成细平行光束发射出来，经过光栅4分光，在光栅4后将形成连续光谱分布，以20nm为一个波段，将220nm～280nm的紫外光分为3个波段，分别是220～240nm，240～260nm和260～280nm。在第一波段光出射角的方向放置第一反射镜51，让220～240nm大部分的光通过第一反射镜51进入第一窄带干涉滤光片61，第一滤光片61通光范围与第一波段紫外光范围相同，透过的光再进入第一个偏振分光镜712，偏振方向为x方向的光透过偏振分光镜712进入第二个电光晶体812，而偏振方向为y方向的光则反射到第二反射镜711上，再反射一次进入第一个电光晶体811，两个电光晶体同时受第一路电压信号91进行纵向强度调制，之后经过第一个电光晶体811的光通过第一个检偏器1011输出，经过第二个电光晶体812的光经过第二个检偏器1012输出。

光栅后在第二波段光出射角的方向放置第三反射镜52，让240～260nm的大部分的光通过第三反射镜52进入第二窄带干涉滤光片62，第二滤光片62通光范围与第二波段紫外光范围相同，透过的光再进入第二个偏振分光镜722，偏振方向为x方向的光透过偏振分光镜722进入第四个电光晶体822，而偏振方向为y方向的光则反射到第三反射镜721上，再反射一次进入第三个电光晶体821，两个电光晶体同时受第二路电压信号92进行纵向强度调制，之后经过第三个电光晶体821的光通过第三个检偏器1021输出，经过第四个电光晶体822的光经过第四个检偏器1022输出。

光栅后在第三波段光出射角的方向放置第五反射镜53，让240～260nm的大部分的光通过第三反射镜53进入第三窄带干涉滤光片63，第三滤光片63通光范围与第三波段紫外光范围相同，透过的光再进入第三个偏振分光镜732，偏振方向为x方向的光透过偏振分光镜732进入第六个电光晶体832，而偏振方向为y方向的光则反射到第六反射镜731上，再反射一次进入第五个电光晶体831，两个电光晶体同时受第二路电压信号93进行纵向强度调制，之后经过第五个电光晶体831的光通过第五个检偏器1031输出，经过第六个电光晶体832的光经过第四个检偏器1032输出。这六束不同频率经过不同信号调制的紫外光一起进入大气信道朝同一方向发射出去。

在接收端，近似平行接收到的光进入大视场透镜12接收，经过聚焦并通过准直透镜13变成细平行光束输出，入射到光栅14上经过分光分成2个波带的紫外光。220～240nm紫外光通过第7反射镜进入第4窄带干涉滤光片161，通过滤光片161后的光进入第一个光电倍增管171恢复为第一路脉冲位置调制信号，再进入第一脉冲位置调制解码器181，恢复为发射端的第一路信号。

240～260nm紫外光通过第8反射镜进入第5窄带干涉滤光片152，通过滤光片152后的光进入第二个光电倍增管172恢复为第二路脉冲位置调制信号，再进入第二脉冲位置调制解码器182，恢复为发射端的第二路信号。

260～280nm紫外光通过第9反射镜进入第6窄带干涉滤光片153，通过滤光片153后的光进入第二个光电倍增管173恢复为第三路脉冲位置调制信号，再进入第三脉冲位置调制解码器183，恢复为发射端的第三路信号。

实施例3

在所述的紫外光通信系统的发射端，所述的3路信号可以由信号分解器输出，所述的接收端中，在所述的各光路上的脉冲位置调制解码器后设置一信号复合器，这样可以传高速信号。其具体做法是在发射端，首先通过电学手段把一路高速信号分解成3路，即将信号的每一帧等分为3个部分，把每一帧的第k(1≤k≤3)部分提出并组合成速率为原信号3分之一的低速信号，再把每路低速基带信号进行脉冲位置调制(ppm)，分别形成第一、二、三路信号，这3路信号将进行连续光的脉冲位置调制。在接收端，将由各脉冲位置调制解码器解调出来的3路低速信号送入信号复合器，其工作原理与信号分解器正好相反，最终恢复成原高速信号。

实施例4

所述的紫外光通信系统，如果在6个检偏器的后面分别加设有反射光朝向不同的反射镜，可以让3路信号不从同一个方向发射，即不是进行点到点的多信道通信，而是从3个不同方向发射出去，能实现一点到多点的通信。

实施例5

所述的紫外光通信系统，如果去掉其发射端的光栅，不使用光栅分光，而是同时使用3个光源，对每个光源使用其一个波段，再把经过调制的3个波段的光集中从一个方向发射出去，这样就能获得比较大的发射功率，而通信距离也能得到增加。

Claims (5)

1、一种紫外光通信系统，由发射端和接收端构成，其特征在于：

所述的发射端包括n路信号，其中n为≥2的正整数，每一路信号对应于紫外光的一个波段；还有带反射罩的高压汞灯，沿该高压汞灯的输出光方向依次有会聚凸透镜、准直透镜和第一光栅，在第一光栅的各个波段光出射角的方向放置各个光路的第一反射镜，在各反射镜的反射光方向设置相应波段的窄带干涉滤光片和偏振分光镜，在各偏振分光镜的反射光方向有各光路的第二反射镜，在各个第二反射镜的反射光方向是各光路的第一电光晶体、第一检偏器，在所述的各光路的偏振分光镜的透射光方向是各光路的第二电光晶体和第二检偏器。

所述的接收端，自接收光方向依次有大视场透镜，准直透镜和第二光栅，在第二光栅的各波段光出射角的方向依次放置各光路的反射镜、对应各波段的窄带干涉滤光片、光电倍增管和脉冲位置调制解码器。

2、根据权利要求1所述的紫外光通信系统，其特征在于所述的发射端中，所述的n路信号由信号分解器输出，所述的接收端中，在所述的各光路上的脉冲位置调制解码器后设置一信号复合器。

3、根据权利要求1所述的紫外光通信系统，其特征在于在2n个所述的检偏器的后面分别加设有反射光朝向不同的反射镜。

4、一种紫外光通信系统，由发射端和接收端构成，其特征在于：

所述的发射端包括n路信号，每一路信号对应于紫外光的一个波段；还有n个带反射罩的高压汞灯，每个高压汞灯使用不同的一个波段，沿各高压汞灯的输出光方向依次有会聚凸透镜、准直透镜，在各个准直透镜后面再设置对应各个不同波段的窄带干涉滤光片和偏振分光镜，在各偏振分光镜的反射光方向有反射镜，在反射镜的反射光方向是各路信号调制的各光路的第一电光晶体和第一检偏器，在所述的各路信号的偏振分光镜的透射光方向是各路信号调制的各光路的第二电光晶体和第二检偏器；

所述的接收端，自接收光方向依次有大视场透镜，准直透镜和光栅，在光栅的各波段光出射角的方向依次放置各光路的反射镜、对应各波段的窄带干涉滤光片、光电倍增管和脉冲位置调制解码器。

5、根据权利要求1至4任一项所述的紫外光通信系统，其特征在于所述的n的取值范围为：2、3、4。

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