CN201048380Y - 自由大气紫外光通信机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种紫外光通信机，属于通信设施技术领域。该通信机由发送端和接收端两部分构成。所述发送端含有紫外光发射聚能器、紫外气体灯、空间声光调制器或/和内调制器、紫外发光二极管LED或其阵列，各调制器的输入端接信息源。接收端主要由紫外光接收聚能器、光检测器构成，光检测器置于接收聚能器的焦点附近，其输出端经解调器接受信者。这样，可以利用紫外光，特别是“日盲区”波段的紫外光作为光源通信，能够提供非直视通信模式，以较高速率的数据传输，并且可控制发送功率，以实现抗干扰隐秘通信的需要。

Description

自由大气紫外光通信机
技术领域
本实用新型涉及一种光通信机，尤其是一种紫外光通信机，属于通信设施技术领域。
背景技术
在自由空间传播的自由空间光通信技术(FSO)在近十年来越来越多的吸引了人们的注意。FSO技术是一种利用光波为载体，以空气为传输介质，基于光传输的中短距离点对点无线通信方式，目前发展有星际的无线光通信和近地面的大气光通信。FSO技术不占用无线电频率资源，抗电磁干扰能力强，保密性好，安装便捷，使用方便，在接入网中和军事应用领域有广阔的前景。
但是，当前的无线光通信系统中，工作波长都是采用红外光波段，这种系统要求通信链路上没有障碍物，在目视范围内，开通之前必须实现光学捕获、跟踪、对准(ATP)，然后才能实现正常的通信，结果往往为实际的使用带来意想不到的困难和不便，并且通信性能受到天气状况的影响。
实用新型内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提出一种非直视通信模式、以传输速率较高、发送光功率可调的自由大气紫外光通信机，从而可以迅捷方便的建立起通讯联系，可用于非直视通信模式，具有良好的抗干扰能力，并能够全天侯工作。
研究表明，紫外线辐射位于电磁辐射波谱中10～400nm的波长范围上，介于可见光与X射线之间。随着波长的变化，紫外线具有各种不同的特性和效应。为了研究和应用方便，紫外线通常被划分为以下几个区域：315～400nm，为近紫外(NUV)；280～315nm，为中紫外(MUV)；200～280nm，为远紫外(FUV)；波长小于200nm的紫外线由于被大气中的臭氧强烈的吸收，通常只在真空中存在，因此被称为真空紫外(VUV)。太阳是自然界最强烈的紫外辐射源，由于大气层中的臭氧层强烈吸收，在200～300nm波段上，太阳中的紫外辐射在近地大气中几乎不存在，被称为“日盲区”。由于存在着瑞利散射的原因，波长较短的紫外光比波长较长的红外光更容易被散射到各个方向，因此紫外散射光通信成为可能。
为了达到以上目的，本实用新型的自由大气紫外光通信机由发送端和接收端两部分构成。
发送端至少含有以下两路之一：
一路主要由紫外光发射聚能器、位于所述发射聚能器中的紫外气体灯、安置在所述发射聚能器发射端的空间声光调制器，所述空间声光调制器的外调制器电路输入端接信息源；
另一路主要由输入端接信息源开关的内调制器(即紫外发光二极管LED光驱动电路)、紫外发光二极管LED或其阵列，该内调制器的输出端接紫外发光二极管LED或其阵列；
接收端主要由紫外光接收聚能器、光检测器构成，该光检测器安置于接收聚能器的焦点附近，光检测器的输出端经解调器接受信者。
以上的光检测器即可以单独也可同时采用光电倍增管和紫外接收二极管LED或其阵列。
这样，可以利用紫外光，特别是“日盲区”波段(200-280nm)的紫外光作为光源，通过空间声光调制器或/和LED阵列，各电信号处理电路以及紫外光接收聚能器作用于作为光检测器的PMT探测器和/或紫外接收二极管LED或其阵列，能够提供非视距较高速率的数据传输，并且可控制发送功率，以实现抗干扰隐秘通信的需要。上述技术方案不仅可以实现室外的中近距离光通信，也可实现室内的各种移动终端的无线光链接。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型一个实施例的结构示意图。
图2为图1实施例中声光调制器的结构原理图。
图3为本实用新型的发送原理示意图。链路2表示定向发送，链路1表示散射不定向发送。
图4为无线紫外光通信系统原理示意图。
图5为图4中定向发送链路的工作原理图。
图6为图4中散射不定向链路的工作原理图。
图7为图1实施例中的LED阵列电路原理图。
图8为图1实施例中的PMT光检测电路原理图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的自由大气紫外光通信机如图1所示，发送端有两路：一路主要由紫外光发射聚能器1、位于发射聚能器1中的紫外气体灯2、输入端接信息源的空间声光调制器4、石英发射透镜6构成。紫外光发射聚能器1包括半椭圆球型反射体及其内壁的紫外光反射膜和安置在发射端的石英聚焦透镜3，空间声光调制器4安置在石英聚焦透镜3的汇聚处，配备风冷/水冷机5(或其它冷却装置)，从而在外调制器电路作用下将紫外光调制成信息光脉冲信号，石英发射透镜6将信息光束变成较大的紫外光束，外调制器电路还可以控制紫外气体灯2输出功率。
发送端另一路通过切换开关，主要由输入端接信息源的内调制器电路、紫外发光二极管LED阵列7构成。内调制器的输出端接紫外发光二极管LED阵列，控制其发射信息光脉冲信号。
紫外发光二极管LED阵列的具体电路参见图7。信息源输入现场可编程逻辑芯片(EPM7064LC44)，并由此芯片的输出端经开关三极管接LED阵列。相应的PMT光检测电路参见图8，不另详述。
接收端主要由紫外光接收聚能器9、紫外光滤波器10以及作为光检测器的光电倍增管11及其紫外接收二极管LED或其阵列12构成。紫外光接收聚能器9包括自适应石英光学变焦镜8和半椭圆球型反射体及其内壁的紫外光反射膜。自适应光学变焦镜8安置于具有半椭圆球型反射体的接收聚能器9前端，光滤波器10安置在接收聚能器9的反射光路汇聚点上，光电倍增管11及其紫外接收二极管LED或其阵列12面置于接收聚能器9的焦点附近，其输出端经解调器接受信者。此外，在自适应光学变焦镜8与光检测器10之间还安置有兼具档光作用的紫外接收二极管LED或其阵列12，从而可以避免直射光的干扰。
上述空间声光调制器其结构原理参见图2，由超声波开关器件和驱动电路两部分组成。驱动电源输出的电信号加到发射换能器T4上，该换能器可以将电信号转化为超声波传输到声光互作用介质T5内，在介质内形成射率光栅T2，当光通过就发生衍射，形成紫外光脉冲。为了使一级衍射光光强最大，器件设计成布拉格衍射角T1，根据参量互作用理论，当把某个频率的电信号加到换能器上后，一级布拉格衍射光所具有的频率是入射光频率和电信号频率之和，而光的幅度是按电信号幅度正比地变化(入射光强不变)，因此在器件带宽范围内可以完成脉冲调制。图中T3是吸声块。
由此可见，本实施例的通信机可以波长范围在170～360nm的紫外光，特别是基于“日盲区”波段(200-280nm)紫外线作为传输载体，一方面以紫外气体灯以及紫外发射光聚能器和空间声光调制器、石英发射透镜以串行工作方式完成信息的加载，紫外气体灯发射的紫外线作为信号的调制载体，紫外发射光聚能器将光能量汇聚到空间声光调制器，空间声光调制器将发送的信息调制成紫外光脉冲信号，石英发射透镜将信息光束变成较大的紫外光束，外调制电路控制通信速率在1K-10MB/S灵活调整，控制紫外气体灯发送光功率。同时，可以选择采用紫外发光二极管光源的LED或LED阵列，发送功率可以根据控制LED的工作个数灵活调整，LED阵列安放在头盔上。接收端的紫外光滤光镜阻挡“日盲区”波段外光波通过，光检测器采用光电倍增管(PMT)，将光信号变为电信号。尤其是可以用于接收经过了信道衰减和散射后的微弱紫外光信号，其波长相应范围在170～360nm。
总之，本实施例紫外光，特别是基于“日盲区”波段(200-280nm)紫外线作为传输载体，具有两种发射光信号方式，可独立或并联工作，传输速率或发送光功率可调，可以克服现有红外光通信方式存在的易受障碍干扰和天气影响等缺点。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。例如，独立使用紫外发光二极管LED或其阵列的通信方式；LED阵列也可以安放在平板上；光滤波器也可以安置在自适应光学变焦镜之前或接收端的其它光路位置，等等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种自由大气紫外光通信机，由发送端和接收端两部分构成，其特征在于：
所述发送端至少含有以下两路之一：
一路主要由紫外光发射聚能器、位于所述发射聚能器中的紫外气体灯、安置在所述发射聚能器发射端的空间声光调制器，所述空间声光调制器的外调制器电路输入端接信息源；
另一路主要由输入端接信息源开关的内调制器、紫外发光二极管LED或其阵列，所述内调制器的输出端接紫外发光二极管LED或其阵列；
所述接收端主要由紫外光接收聚能器、紫外光检测器构成，所述光检测器置于接收聚能器的焦点附近，其输出端经解调器接受信者。
2.根据权利要求1所述自由大气紫外光通信机，其特征在于：所述紫外光发射聚能器由半椭圆球型反射体及其内壁的紫外光反射膜、安置在发射端的石英聚焦透镜构成。
3.根据权利要求2所述自由大气紫外光通信机，其特征在于：所述紫外光接收聚能器主要由自适应石英光学变焦镜和半椭圆球型反射体及其内壁的紫外光反射膜构成，所述自适应光学变焦镜安置于半椭圆球型反射体的前端。
4.根据权利要求2或3所述自由大气紫外光通信机，其特征在于：所述空间声光调制器安置在石英聚焦透镜的汇聚处，配备冷却装置。
5.根据权利要求4所述自由大气紫外光通信机，其特征在于：所述光检测器采用光电倍增管、紫外接收二极管LED或其阵列中的至少一种，所述自适应光学变焦镜与所述光检测器之间安置有档光作用的紫外接收二极管LED或其阵列。
6.根据权利要求5所述自由大气紫外光通信机，其特征在于：所述LED阵列安放在头盔上或平板上，所述紫外光滤波器安置在接收聚能器反射光路汇聚点上。
7.根据权利要求6所述自由大气紫外光通信机，其特征在于：所述紫外气体灯、紫外发射二极管LED及其阵列发出的光波波长，以及所述空间声光调制器、光电倍增管、紫外接收二极管LED或其阵列以及紫外光滤波器的接收光波波长范围均在170～360nm。
8.根据权利要求7所述自由大气紫外光通信机，其特征在于：所述紫外气体灯、紫外发射二极管LED及其阵列发出的光波波长，以及所述空间声光调制器、光电倍增管、紫外接收二极管LED或其阵列以及紫外光滤波器的接收光波波长范围均在200～280nm。
9.根据权利要求8所述自由大气紫外光通信机，其特征在于：所述空间声光调制器由超声波开关器件和驱动电路两部分组成，所述器件设有布拉格衍射角。
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