激光-X射线联袂通信系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种激光‑X射线联袂通信系统，包括沿信号传输方向依次设置的数字信号发射源、信号调制器、第一半导体激光器、转换装置、光电探测器和信号解调器；本发明专利技术采用激光→X射线→激光相互转换的技术思路，结合X射线通信和激光通信方式的各自优势，由X射线通信弥补激光通信保密性差、穿透能力不足等问题，进一步拓展了激光通信和X射线通信技术的应用范围，且利用激光和X射线各自的特点可以根据通信链路环境灵活组网，较现有X射线通信和激光通信应用范围更广，且很容易实施。

X ray CO laser communication system and method

The invention provides a laser X ray co communication system includes a digital signal set sequentially along transmission direction of the signal emission source, signal modulator, the first semiconductor laser, photoelectric conversion device, detector and signal demodulator; the invention adopts the technology of laser, X ray laser, ideas of mutual conversion, combining the advantages of X ray communication and laser communication, laser communication, poor security, lack of penetration by X ray communication make up, to further expand the scope of application of X ray laser communication and communication technology, and the characteristics of laser and X ray respectively according to the communication link flexible networking environment, compared with the existing X ray laser communication and communication application a wider range, and easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
激光-X射线联袂通信系统及方法
本专利技术属于信息通信
，具体涉及一种基于光阴极的高重频X射线源与激光器的联合通信技术，该通信系统可以实现>100MHz的传输带宽，主要应用于激光通信方式或X射线通信方式各自无法独立实现的通信链路中，如电磁屏蔽的密闭空间、真空环境等传统通信方式难以实现的复杂环境中，也可用于空间通信链路与星地通信链路中。
技术介绍
通信技术是实现信息传输与交互的重要手段，应用中主要分为有线通信技术和无线通信技术。目前有线通信主要以光纤为传输介质的光通信技术最为常见，无线通信主要以微波通信技术和激光通信技术为主，技术成熟度都比较高。微波通信技术是指利用频率为0.3-300GHz范围内的电磁波进行通信，主要有移动通信、中继通信、空间光通信等。空间光通信是指利用激光作为信息的载体，通过光纤或者在自由空间进行远距离通信，其中空间光通信主要用在卫星与卫星或者卫星与地面站之间通信。与微波通信技术相比，激光通信技术的主要优势在于：频带宽，传输速率高，若采取点到点的组网方式，传输速率可达155Mbit/s-10Gbit/s(地面光纤通信带宽可达1Gbit/s)，信息容量大，使传输数据更加丰富；发射光束窄，方向性好，能量密度大；抗电磁干扰强，保密性好，误码率低；天线尺寸小，功耗低，集成度高等诸多优点。然而激光通信技术仍然存在很多难以克服的缺陷：星地激光通信链路中激光传输将通过大气层，湍流效应会引起激光光场振幅和相位的波动，导致系统误码率增大；在空间通信链路当中，空间背景光对系统影响严重，会导致空间光通信接收端噪声增大，误码率增大；远距离传输衰减严重，尽管光通信具有发射光束窄、能量密度高等特点，但在远距离传输条件下，由于光束发散而接收角有限，导致能量损失严重。因为卫星通信链路与地面通信链路最主要的区别在于卫星链路的传输距离很长，辐射信号的强度与信号传输距离的平方成反比，所以卫星信号在空间长距离传输之后强度衰减十分严重，另外，激光通信需要复杂的光学系统，受空间恶劣环境影响其寿命有限及抗干扰能力较差。因此，发展传输距离更长、功耗更小、抗干扰能力更强、性能更优的新型空间通信技术迫在眉睫。X射线由于波长短，穿透能力强，美国Henke博士研究发现当X射线光子能量大于10keV时，在太空中几乎是无衰减的传输，因此可望在较小的体积、重量、功耗下实现远距离传输。美国航空航天局于2007年首先提出了利用X射线实现空间卫星飞行器点对点的通信概念(KeithGendreau,FirstX-raycommunicationsystemdemonstrated[J].GoddardTecTrends,2007,3(4):3-4)，由于X射线光子频率很高(>1017Hz)，因此X射线通信的带宽比微波通信更大，良好的穿透能力使其通信系统具有比传统通信方式更高的保密性和抗干扰能力。美国航天局已经将X射线通信卫星发射列入2018年发射计划，国内主要以中国科学院西安光学精密机械研究所赵宝升等人为代表，提出了一种基于栅极控制脉冲X射线源的空间X射线通信系统，仅在实验上证明了10kHz的调制频率。然而，X射线通信虽然具有穿透能力强、保密性好等优点，但在地面等非真空环境中衰减非常厉害，因此只能应用在某些特殊的区域。另外，如何克服X射线源的更高频率调制是现有技术无法解决的难题。
技术实现思路
基于以上
技术介绍
，本专利技术提供了一种激光-X射线联袂通信系统及方法，利用X射线的特点弥补激光通信保密性差、穿透能力不足等问题，进一步拓展了激光通信和X射线通信技术的应用范围，能够实现＞100MHz的传输带宽，主要用于密闭电磁环境、真空环境等传统通信方式难以实现的复杂环境中，也可用于空间通信链路与星地通信链路中。本专利技术的技术解决方案为：激光-X射线联袂通信系统，其特殊之处在于：包括沿信号传输方向依次设置的数字信号发射源、信号调制器、第一半导体激光器、转换装置、光电探测器和信号解调器；数字信号发射源用于将输入通信系统的模拟信号转换为数字信号；信号调制器用于将所述数字信号加载至第一半导体激光器上；第一半导体激光器发射携带所述数字信号的激光信号至所述转换装置；转换装置包括交替设置的N个用于将激光信号转换为X射线的激光→X射线转换模块和N个用于将X射线转换为激光信号的X射线→激光转换模块；首个激光→X射线转换模块的输入端为所述转换装置的输入端，最后一个X射线→激光转换模块的输出端为所述转换装置的输出端；N为大于等于1的自然数；光电探测器用于识别转换装置输出的激光信号并转换为电信号；信号解调器用于解调光电探测器输出的电信号，解调后转换成模拟信号输出。基于上述基本技术方案，本专利技术还作出以下优化限定：上述激光→X射线转换模块包括真空外壳、一个激光入射窗、光阴极、磁聚焦透镜、阳极靶和一个X射线出射窗；激光入射窗和X射线出射窗相对设置在真空外壳的两个端面上，磁聚焦透镜套装在真空外壳上位于光阴极和阳极靶之间，光阴极和阳极靶安装在真空外壳内；光阴极和阳极靶均采用透射式；光阴极通过镀电极加载50-100kV的负高压；阳极靶的一端接地；激光信号穿过激光入射窗后打在光阴极上，光阴极产生光电效应发射光电子，光电子经过磁聚焦透镜进行聚焦后打在阳极靶上产生X射线，X射线通过X射线出射窗出射，出射的X射线携带有所述数字信号。上述激光→X射线转换模块还包括设置在真空外壳内，位于光阴极和阳极靶之间的电子倍增器，电子倍增器上加有直流负高压；所述光电子先通过电子倍增器进行电子倍增后再进行聚焦。上述激光入射窗上镀有增透膜；X射线出射窗采用铍窗或钛窗；磁聚焦透镜采用电磁线圈或磁铁；电子倍增器采用微通道板；阳极靶采用高原子序数材料；光阴极材料主要依据第一半导体激光器发出的激光波长选取，且光阴极材料应具有较高的量子效率，对真空度要求较低。上述激光→X射线转换模块包括真空外壳、激光入射窗、激光出射窗、两个反射镜、光阴极、磁聚焦透镜、阳极靶和一个X射线出射窗；激光入射窗和激光出射窗相对设置在真空外壳的侧面；两个反射镜设置在激光入射窗和激光出射窗之间，两个反射镜之间的空隙应保证反射电子不受阻挡；X射线出射窗设置在真空外壳的侧面；磁聚焦透镜套装在真空外壳上位于反射镜和阳极靶之间，光阴极和阳极靶安装在真空外壳内；光阴极和阳极靶均采用反射式；光阴极通过镀电极加载＞100kV的负高压；阳极靶的一端接地，采用液体循环冷却方式冷却；激光信号穿过激光入射窗后通过其中一个反射镜反射打在光阴极上，然后通过光阴极反射至另一个反射镜后从激光出射窗出射；光阴极产生光电效应发射光电子，光电子经过磁聚焦透镜进行聚焦后打在阳极靶上产生硬X射线，X射线通过X射线出射窗出射，出射的X射线携带有所述数字信号。上述激光入射窗上镀有增透膜；X射线出射窗采用铍窗或钛窗；磁聚焦透镜采用电磁线圈或磁铁；阳极靶采用高原子序数材料；光阴极材料主要依据第一半导体激光器发出的激光波长选取，且光阴极材料应具有较高的量子效率，对真空度要求较低。上述X射线→激光转换模块包括电磁屏蔽腔室、设置在电磁屏蔽腔室上的X射线入射窗、激光出射窗和设置在电磁屏蔽腔室的第二半导体激光器以及为第二半导体激光器供电的直流电流源；X射线穿过X射线入射窗加载到第二半导体激光器中，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光‑X射线联袂通信系统，其特征在于：包括沿信号传输方向依次设置的数字信号发射源、信号调制器、第一半导体激光器、转换装置、光电探测器和信号解调器；数字信号发射源用于将输入通信系统的模拟信号转换为数字信号；信号调制器用于将所述数字信号加载至第一半导体激光器上；第一半导体激光器发射携带所述数字信号的激光信号至所述转换装置；转换装置包括交替设置的N个用于将激光信号转换为X射线的激光→X射线转换模块和N个用于将X射线转换为激光信号的X射线→激光转换模块；首个激光→X射线转换模块的输入端为所述转换装置的输入端，最后一个X射线→激光转换模块的输出端为所述转换装置的输出端；N为大于等于1的自然数；光电探测器用于识别转换装置输出的激光信号并转换为电信号；信号解调器用于解调光电探测器输出的电信号，解调后转换成模拟信号输出。

【技术特征摘要】
1.激光-X射线联袂通信系统，其特征在于：包括沿信号传输方向依次设置的数字信号发射源、信号调制器、第一半导体激光器、转换装置、光电探测器和信号解调器；数字信号发射源用于将输入通信系统的模拟信号转换为数字信号；信号调制器用于将所述数字信号加载至第一半导体激光器上；第一半导体激光器发射携带所述数字信号的激光信号至所述转换装置；转换装置包括交替设置的N个用于将激光信号转换为X射线的激光→X射线转换模块和N个用于将X射线转换为激光信号的X射线→激光转换模块；首个激光→X射线转换模块的输入端为所述转换装置的输入端，最后一个X射线→激光转换模块的输出端为所述转换装置的输出端；N为大于等于1的自然数；光电探测器用于识别转换装置输出的激光信号并转换为电信号；信号解调器用于解调光电探测器输出的电信号，解调后转换成模拟信号输出。2.根据权利要求1所述的激光-X射线联袂通信系统，其特征在于：激光→X射线转换模块包括真空外壳、一个激光入射窗、光阴极、磁聚焦透镜、阳极靶和一个X射线出射窗；激光入射窗和X射线出射窗相对设置在真空外壳的两个端面上，磁聚焦透镜套装在真空外壳上位于光阴极和阳极靶之间，光阴极和阳极靶安装在真空外壳内；光阴极和阳极靶均采用透射式；光阴极通过镀电极加载50-100kV的负高压；阳极靶的一端接地；激光信号穿过激光入射窗后打在光阴极上，光阴极产生光电效应发射光电子，光电子经过磁聚焦透镜进行聚焦后打在阳极靶上产生X射线，X射线通过X射线出射窗出射，出射的X射线携带有所述数字信号。3.根据权利要求2所述的激光-X射线联袂通信系统，其特征在于：激光→X射线转换模块还包括设置在真空外壳内，位于光阴极和阳极靶之间的电子倍增器，电子倍增器上加有直流负高压；所述光电子先通过电子倍增器进行电子倍增后再进行聚焦。4.根据权利要求3所述的激光-X射线联袂通信系统，其特征在于：激光入射窗上镀有增透膜；X射线出射窗采用铍窗或钛窗；磁聚焦透镜采用电磁线圈或磁铁；电子倍增器采用微通道板；阳极靶采用高原子序数材料；光阴极材料主要依据第一半导体激光器发出的激光波长选取，且光阴极材料应具有较高的量子效率，对真空度要求较低。5.根据权利要求1所述的激光-X射线联袂通信系统，其特征在于：激光→X射线转换模块包括真空外壳、激光入射窗、激光出射窗、两个反射镜、光阴极、磁聚焦透镜、阳极靶和一个X射线出射窗；激光入射窗和激光出射窗相对设置在真空外壳的侧面；两个反射镜设置在激光入射窗和激光出射窗之间，两个反射镜之间的空隙应保证反射电子不受阻挡；X射线出射窗设置在真空外壳的侧面；磁聚焦透镜套装在真空外壳上位于反射镜和阳极靶之间，光阴极和阳极靶安装在真空外壳内；光阴极和阳极靶均采用反射式；光阴极通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳晓平，刘军，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61