强度调制的直接检测宽光谱源通信制造技术

描述了用于传输多波束并直接检测这些光束的光学系统和方法。在自由空间光通信系统中使用的一个发射器包括宽谱光源和包括多个区部的光学部件，该光学部件被定位成接收由宽谱光源产生的光束。光学部件的区部被形成以将光程差引入到入射在光学部件上的光束的部分中，使得每个区部将延迟引入到光束的对应部分中。引入的延迟使光束的每个部分与该光束的其他部分不相干。直接检测接收器检测聚合光束的强度并产生信噪比得到提高的信号。所公开的技术可以与诸如强度调制波束的调制光束一起使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】强度调制的直接检测宽光谱源通信相关申请的交叉引用本申请要求于2015年12月30日提交的美国专利申请号14/984,093的权益，其全部内容通过引用结合于本申请中。
本专利技术文本的主题总体上涉及光信号的检测，并且更具体地，涉及来自具有宽频谱的源的多个光信号的直接检测。
技术介绍
无线通信系统将数据从一个站的发射器传送到另一个站的接收器。在一些应用中，其中一个站可以是基于地面的(即静态)，而另一个站由飞行器携带(例如，地球轨道上的卫星、飞机或无人驾驶飞行器(UAV))。此外，多个站可以是基于地面的并与一个或多个飞行对象通信，两个站都可以是飞行器的一部分，或者两个站都可以基于地面的。这些无线通信系统有时用于互联网连接，特别是在基于陆地的网络不发达的情况下。这些地面/机载通信系统必须上行传输(UL)和下行传输(DL)大量且不断增加的数据。如此大量的数据形成了当今复杂的电信装置和网络，并且正在迅速超越当今卫星通信技术提供的带宽。机载车辆通常使用微波或射频(RF)频带与其他机载或地基站进行通信。然而，传统微波和射频通信面临的主要挑战是强加于这些通信频带上的高度约束的频谱分配。自由空间光学(激光)通信(FSO或Lasercom)由于光学区域的实质上无限带宽(大于100THz)而不受频谱分配的影响。虽然实验FSO技术现在可以从空中或太空以10Gb/s的速度向下传输数据，但这些解决方案既复杂又昂贵，需要相对大的组件，并且消耗大量功率。与自由空间光通信相关的一个挑战是大气湍流，大气湍流干扰穿过大部分大气的光信号。附图说明图1A是示出可实现所公开技术的自由空间通信系统的框图。图1B是示出地基站、空中基站和太空基站之间的通信链路的简图。图2A是示出两个菲涅耳透镜的侧视图的简图。图2B是示出菲涅耳透镜的顶视图的简图。图3A是示出根据示例性实施方式的入射在专门设计结构上的光束的简图。图3B是示出根据示例性实施方式的入射在另一个专门设计结构上的光束的简图。图4A是示出根据示例性实施方式的在望远镜状结构内的光学结构定位的简图。图4B是示出根据示例性实施方式的包括透镜和用于在光束的不同部分中引入延迟的光学结构的光学系统的简图。图4C是示出根据另一示例性实施方式的包括用于在光束的不同部分中引入延迟的光学结构的光学系统的简图。图4D是示出根据另一示例性实施方式的包括透镜和用于在光束的不同部分中引入延迟的光学结构的光学系统的简图。图4E是示出根据另一示例性实施方式的包括透镜和用于在光束的不同部分中引入延迟的光学结构的光学系统的简图。图5是示出根据示例性实施方式的可执行以允许在自由空间光通信系统中传输多波束的一组操作的框图。具体实施方式在以下描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了细节和描述以便提供对所公开实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以在脱离这些细节和描述的其他实施方式中实践。所公开的实施方式利用宽谱光源促进自由空间光通信系统中的光信号的传输和直接检测。所公开的实施方式的一个方面涉及包括宽谱光源的用于在自由空间光通信系统中传输光的光发射器，以及包括多个被定位成接收由宽谱光源产生的光束的部分的光学部件。形成光学部件的多个区部以将光程差引入到入射在光学部件上的光束的部分中，使得每个区部将与由光学部件的其它区部引入到光束的其它部分中的延迟不同的延迟引入到光束的对应部分中。由多个区部引入的延迟使入射在光学部件的对应区部上的光束的每个部分与入射在光学部件的其他区部上的光束的其他部分不相干。在一些实施方式中，由光学部件接收的光束是具有调制率r的调制光束，并且光学部件的多个区部中的每一个被形成以引入小于c/r的特定光程差，其中c是真空中的光速。例如，光程差至少比c/r小一个数量级。在一些实施方式中，光学部件的多个区部中的每一个被形成以产生大于c/Δf的特定光程差，其中c是真空中的光速，并且Δf是宽谱光源的谱带宽。例如，光程差至少比c/Δf大两个数量级。在一些实施方式中，由光学部件接收的光束是强度调制光束之一。在一些实施方式中，宽谱光源是下列之一：宽带激光二极管(LD)、超发光二极管(SLD)、发光二极管(LED)或放大自发辐射(ASE)源。在一些实施方式中，由光学部件接收的光束是调制率为r的调制光束，并且光源的谱带宽大于r。例如，谱带宽至少比r大2个数量级。在一些实施方式中，光学部件是具有多个圆形区的菲涅耳透镜，并且光学部件的多个区部中的每一个对应于菲涅耳透镜的一个圆形区。在一些实施方式中，光学部件是一种包括多个节段的具有阶梯状空间轮廓的板，并且光学部件的多个区部中的每一个对应于板的多个节段中的一个节段。在一些实施方式中，宽谱光源和光学部件位于(a)无人驾驶飞行器或(b)地基站中的一者或两者内，并且光学部件被定位成在传播通过光学部件的多个区部之后提供光束的多个部分，以传输到大气中。在一些实施方式中，光学部件位于光发射器的出口孔处。所公开的实施方式的另一方面涉及一种包括发射器和接收器的自由空间光通信系统。该系统的发射器包括宽谱光源和包含多个区部并被定位以接收由宽谱光源产生的光束的光学部件。光学部件的多个区部被形成以将光程差引入到入射在光学部件上的光束的部分中，使得每个区部将与由光学部件的其它区部引入到光束的其它部分的延迟不同的延迟引入到光束的对应部分中。由光学部件的多个区部引入的延迟还使入射在光学部件的对应区部上的光束的每个部分与入射在光学部件的其他区部上的光束的其他部分不相干。上述系统的接收器被定位成接收离开发射器的光学部件通过大气传输之后的光束的多个部分。接收器包括一个用于感测光束的所接收部分的强度的光检测器，并且使用直接检测技术使能检测接收到的光束。现转到附图，图1A是示出使用各种光学、RF和毫米波通信链路的自由空间通信系统100的框图。图1A中的通信链路可以在移动和固定部件(包括飞行器102(例如，UAV)和地基站104，106之间)建立。图1B是示出各种地基站、空中基站和太空基站之间的通信的简图。具体而言，图1B示出了两个地基站(诸如塔108a、108b)之间的地对地通信，地基站110a与机载站112a之间的地对空通信，两个空中基站112b、112c之间的空对空通信，空中基站112d与太空基站114a之间的空对太空通信，以及地基站110b与太空基站114b之间的地对太空通信。所公开的实施方式可以用于促进上述地基站、空中基站或太空基站中的任意之间的自由空间通信。使用传统上分类为相干检测技术或直接检测技术的方式来检测这种系统中的光信号。在相干检测中，关于调制光信号的相位的信息被用于恢复接收的信号的信息符号。在直接(有时也称为“非相干”)检测中，相位信息会被忽略，并且只确定接收到的光束的强度。因此，直接检测系统通常比其相干对应物实施起来更简单并且成本更低。然而，这样的好处是有代价的：相干系统在抗噪声和抗干扰方面往往优于直接检测系统。强度调制(IM)是一类专门适用于直接检测的信号调制。在IM中，信息被编码到光信号中，作为源的光输出功率的变化，并且因此检测到的强度变化可以导致调制信号的恢复。脉宽调制是强度调制的一个子集。脉冲幅度调制、开关键控和脉冲位置调制也是强度调制的子集。激光通信(“Laserco本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在自由空间光通信系统中传输光的光发射器，包括：宽谱光源；和光学部件，包括多个区部并且被定位成接收由所述宽谱光源产生的光束，其中：所述多个区部被形成以将光程差引入到入射在所述光学部件上的所述光束的部分中，使得每个区部将与由所述光学部件的其它区部引入到所述光束的其它部分中的延迟不同的延迟引入到所述光束的对应部分中，以及由所述多个区部引入的延迟使所述光束的入射在所述光学部件的对应区部上的每个部分与所述光束的入射在所述光学部件的其他区部上的其他部分不相干。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.30 US 14/984,0931.一种用于在自由空间光通信系统中传输光的光发射器，包括：宽谱光源；和光学部件，包括多个区部并且被定位成接收由所述宽谱光源产生的光束，其中：所述多个区部被形成以将光程差引入到入射在所述光学部件上的所述光束的部分中，使得每个区部将与由所述光学部件的其它区部引入到所述光束的其它部分中的延迟不同的延迟引入到所述光束的对应部分中，以及由所述多个区部引入的延迟使所述光束的入射在所述光学部件的对应区部上的每个部分与所述光束的入射在所述光学部件的其他区部上的其他部分不相干。2.根据权利要求1所述的光发射器，其中，由所述光学部件接收的所述光束是具有调制率r的调制光束，并且所述光学部件的所述多个区部中的每一个被形成以引入小于c/r的特定光程差，其中c是真空中的光速。3.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述光学部件的所述多个区部中的每一个被形成以产生大于c/Δf的特定光程差，其中c是真空中的光速，并且Δf是所述宽谱光源的谱带宽。4.根据权利要求1所述的光发射器，其中，由所述光学部件接收的所述光束是强度调制光束中的一种。5.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述宽谱光源是下列之一：宽带激光二极管(LD)、超发光二极管(SLD)、发光二极管(LED)或放大自发辐射(ASE)源。6.根据权利要求1所述的光发射器，其中，由所述光学部件接收的所述光束是具有调制率r的调制光束，并且其中，所述光源具有大于r的谱带宽。7.根据权利要求1所述的光发射器，其中：所述光学部件是具有多个圆形区的菲涅耳透镜，并且所述多个区部中的每一个对应于所述菲涅耳透镜的一个圆形区。8.根据权利要求1所述的光发射器，其中：所述光学部件是包括多个节段的具有阶梯状空间轮廓的板，并且所述多个区部中的每一个对应于所述板的所述多个节段中的一个节段。9.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述宽谱光源和所述光学部件位于(a)无人驾驶飞行器和(b)地基站中的一者或两者内，并且所述光学部件被定位以在通过所述光学部件的所述多个区部传播之后提供所述光束的多个部分，以用于传输到大气中。10.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述光学部件位于所述光发射器的出口孔处。11.一种用于产生用于在自由空间光通信系统中传输的多波束的方法，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·迈可尔·伯恩鲍姆，
申请(专利权)人：脸谱公司，
类型：发明
国别省市：美国,US