一种空间光通信系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种空间光通信系统。该空间光通信系统包括发射单元、匀光单元以及接收单元；发射单元包括阵列排布的多个光源，用于出射信号光束；匀光单元位于光源的出光侧，用于使信号光束的强度在空间均匀分布；接收单元位于光源的出光侧且位于匀光单元背离发射单元的一侧，用于接收所述信号光束。本发明专利技术实施例的技术方案，通过阵列排布的多个光源产生大功率的信号光束，提高信号光束的传输距离，通过匀光单元使信号光束的强度在空间均匀分布，从而使得接收单元接收到均匀分布的信号光束，即使接收单元在一定范围内移动时，接收到的信号强度基本保持不变，提高了通信系统的稳定性。

A Space Optical Communication System

The embodiment of the present invention discloses a space optical communication system. The space optical communication system includes a transmitting unit, a homogenizing unit and a receiving unit; a transmitting unit includes a plurality of light sources arranged in an array for emitting signal beams; a homogenizing unit is located on the exit side of the light source for uniformly distributing the intensity of the signal beams in space; and a receiving unit is located on the exit side of the light source and on the side of the homogenizing unit away from the transmitting unit for receiving station. The signal beam is described. The technical scheme of the embodiment of the present invention generates a high-power signal beam through a plurality of light sources arranged in an array, improves the transmission distance of the signal beam, uniformly distributes the intensity of the signal beam in space through a uniform light unit, so that the receiving unit receives the uniformly distributed signal beam, even if the receiving unit moves within a certain range, the received signal intensity basically maintains. Staying unchanged improves the stability of the communication system.

【技术实现步骤摘要】
一种空间光通信系统
本专利技术实施例涉及光通信技术，尤其涉及一种空间光通信系统。
技术介绍
无线光通信，又称自由空间光通信，是指以半导体发光二极管发出的光波为载体，在真空或大气中传递信息的通信技术。又可分为大气光通信、卫星间光通信和星地光通信。和其他通信手段相比，无线光通信具有保密性好、抗电磁干扰、传输容量大、组网灵活，无需申请等优点，适用于保密通信、城域网扩展、宽带网零公里接入、无线基站数据回传，局域网互连、应急通信等一系列领域。无线光通信的信息载体在光波，而光波更容易受到大气中各种粒子吸收作用和散射作用的影响，能量损耗较大，因此无线光通信主要受限于光发机的功率和大气状况。目前，无线光通信中一般使用指向性较好的光发射机(比如发光二极管LED或激光二极管LD)，使光源发出能量集中的光，从而延长通信距离。因此为了达到较好的接收效果，往往希望激光器发射功率的越大越好。现有技术中，通过同时驱动多个分立发光元件，增大发射端的光功率，而实现长距离的空间光通信系统。然而，对于这样一个由不同光源构成的阵列发射端来说，每一个点光源都具有其光强的分布特征，比如单个LED发射出来的光强呈现朗伯分布，单个LD发射出来的光强呈现高斯分布，这样一个阵列发射端所发射出来的光强在接收端叠加起来也是不均匀的。这种现象给接收端的的设计，整个系统的能耗要求等各种性能带来了很大的挑战，降低了空间光通信系统在工程中的实际应用程度。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种空间光通信系统，以实现接收单元在接收端得到相对均匀的光强分布，从而提高了通信系统的稳定性。本专利技术实施例提供一种空间光通信系统，包括：发射单元、匀光单元以及接收单元；所述发射单元包括阵列排布的多个光源，用于出射信号光束；所述匀光单元位于所述光源的出光侧，用于使所述信号光束的强度在空间均匀分布；所述接收单元位于所述光源的出光侧且位于所述匀光单元背离所述发射单元的一侧，用于接收所述信号光束。可选的，所述匀光单元包括平行设置的第一透镜阵列和第二透镜阵列；所述第二透镜阵列位于所述第一透镜阵列靠近所述接收单元一侧的焦平面上。可选的，所述第一透镜阵列包括多个阵列排布的凸透镜；所述第二透镜阵列包括多个阵列排布的凸透镜。可选的，所述凸透镜包括球面凸透镜、非球面凸透镜或自由曲面凸透镜的至少一种。可选的，所述匀光单元包括一自由曲面透镜。可选的，还包括准直单元，所述准直单元位于所述发射单元与所述匀光单元之间，用于对所述信号光束进行准直和扩束。可选的，所述准直单元包括沿所述信号光束传播路径方向排列的一凹透镜和一凸透镜。可选的，所述接收单元包括沿所述信号光束传播路径方向排列的场透镜及光电探测器；所述场透镜用于将所述匀光单元出射的信号光束汇聚到所述光电探测器的探测面。可选的，所述光电探测器可在垂直于所述信号光束的平面平移。可选的，所述空间光通信系统为多输入单输出系统。本专利技术实施例提供的空间光通信系统，包括发射单元、匀光单元以及接收单元；发射单元包括阵列排布的多个光源，用于出射信号光束；匀光单元位于光源的出光侧，用于使信号光束的强度在空间均匀分布；接收单元位于光源的出光侧且位于匀光单元背离发射单元的一侧，用于接收信号光束。通过阵列排布的多个光源产生大功率的信号光束，提高信号光束的传输距离，通过匀光单元使信号光束的强度在空间均匀分布，从而使得接收单元接收到均匀分布的信号光束，即使接收单元在一定范围内移动时，接收到的信号强度基本保持不变，提高了通信系统的稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种空间光通信系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的另一种空间光通信系统的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的又一种空间光通信系统的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的又一种空间光通信系统的结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种准直单元的结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的又一种空间光通信系统的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种空间光通信系统的立体结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。图1所示为本专利技术实施例提供的一种空间光通信系统的结构示意图。参考图1，该空间光通信系统包括发射单元10、匀光单元20以及接收单元30；发射单元10包括阵列排布的多个光源11，用于出射信号光束；匀光单元20位于光源11的出光侧，用于使信号光束的强度在空间均匀分布；接收单元30位于匀光单元20的出射光路且背离发射单元10的一侧，用于接收信号光束。其中，光源11可以包括边发射的激光二极管LD或垂直腔面发射激光器VCSEL，图1中仅示意性的示出一列的三个光源。激光二极管LD包括单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。量子阱LD具有阈值电流低，输出功率高的优点，是目前市场应用的主流产品。同传统激光器相比，LD具有效率高、体积小、寿命长的优点，但单个LD的输出功率小(一般小于2mW)，可以通过多个LD阵列排布提高输出功率。VCSEL是半导体激光二极管的一种，与常规边发射半导体激光器不同，VCSEL从顶表面垂直发射出激光，主要从整个晶片中切割出来单个芯片而形成的表面发射。其中“垂直”是指激光腔(光子振荡方向)与半导体芯片的衬底相互垂直。LD和VCSEL发射出来的光强呈现高斯分布，因此多个LD或多个VCSEL形成的阵列光源发出的信号光束会形成多个分立的高斯光斑，通过合理设计匀光单元20的结构，可以使信号光束在空间近似呈均匀分布，在接收端的接收单元30可以接收和处理信号光束，实现空间光通信。由于匀光单元20的匀光作用，当接收单元30发生运动时，其接收的信号光束强度不发生变化，可以有效提高通信系统的稳定性。本实施例的技术方案，通过阵列排布的多个光源产生大功率的信号光束，提高信号光束的传输距离，通过匀光单元使信号光束的强度在空间均匀分布，从而使得接收单元接收到均匀分布的信号光束，即使接收单元在一定范围内移动时，接收到的信号强度基本保持不变，提高了通信系统的稳定性。在上述技术方案的基础上，图2所示为本专利技术实施例提供的另一种空间光通信系统的结构示意图。参考图2，可选的，匀光单元20包括平行设置的第一透镜阵列21和第二透镜阵列22；第二透镜阵列22位于第一透镜阵列21靠近接收单元30一侧的焦平面上。可以理解的是，第一透镜阵列21和第二透镜阵列22都包括多个阵列排布的透镜。阵列排布的光源11(例如LD或VCSEL)发出的光束，经过第一透镜阵列21后汇聚到第二透镜阵列22上，可以近似认为衍生出若干个子光源，这些子光源被第二透镜阵列22成像，光线被均匀化之后被接收单元30接收，接收端面实现均匀照明。具体实施时，透镜阵列设计时需要的参数主要包括透镜阵列在系统中的位置、材料(折射率)，每个透镜单元的高度、宽度、厚度，每个透镜单元前表面的曲率半径、后表面的曲率半径，透镜阵列在水平和竖直方向上透镜单元的个数。根据光线折射定律，确定各个透镜的具体参数，例如可以利用光学仿真软件Zemax，根据光线传播确定透镜阵列的各个参数，实现匀光功能。可选的，继续参考图2，第一透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间光通信系统，其特征在于，包括：发射单元、匀光单元以及接收单元；所述发射单元包括阵列排布的多个光源，用于出射信号光束；所述匀光单元位于所述光源的出光侧，用于使所述信号光束的强度在空间均匀分布；所述接收单元位于所述光源的出光侧且位于所述匀光单元背离所述发射单元的一侧，用于接收所述信号光束。

【技术特征摘要】
1.一种空间光通信系统，其特征在于，包括：发射单元、匀光单元以及接收单元；所述发射单元包括阵列排布的多个光源，用于出射信号光束；所述匀光单元位于所述光源的出光侧，用于使所述信号光束的强度在空间均匀分布；所述接收单元位于所述光源的出光侧且位于所述匀光单元背离所述发射单元的一侧，用于接收所述信号光束。2.根据权利要求1所述的空间光通信系统，其特征在于，所述匀光单元包括平行设置的第一透镜阵列和第二透镜阵列；所述第二透镜阵列位于所述第一透镜阵列靠近所述接收单元一侧的焦平面上。3.根据权利要求2所述的空间光通信系统，其特征在于，所述第一透镜阵列包括多个阵列排布的凸透镜；所述第二透镜阵列包括多个阵列排布的凸透镜。4.根据权利要求3所述的空间光通信系统，其特征在于，所述凸透镜包括球面凸透镜、非球面凸透镜或自由曲面凸透镜的至少一种。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：付红岩，魏子贤，穆鑫，吴赛龙，臧梓涵，
申请(专利权)人：清华伯克利深圳学院筹备办公室，
类型：发明
国别省市：广东,44