一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，该装置包括主机、多个设置在主机在空间中投射出光场内的从机以及用以实现从机跟踪定位的定位跟踪系统，所述的主机内设有用以产生光束的调制光源系统以及接收准直光束并在空间中投射出光场的全息投影系统和内部光路转向器件，所述的从机内设有用以输出信息的接收解调器。与现有技术相比，本发明专利技术具有高速率高移动性、响应速度高、定位准确、空间占用小、成本低等优点。

A mobile optical communication device supporting high-speed multi beam tracking

【技术实现步骤摘要】
一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置
本专利技术涉及无线光通信领域，尤其是涉及一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置。
技术介绍
移动通信技术从1G发展到5G，其所采用的载波越来越高，在5G技术中所采用的电磁波频率更是达到了几十GHz。根据香农定律，无线通信的载波频率越高，所能提供的信道带宽越大。因此，而未来的移动通信将可能采用更高频率的电磁波，以提供更大的通信带宽。光也是在电磁波谱里一个频段的电磁波，其频率可以达到几百THz，远高于现在5G所采用的频段，因此光波是下一代移动通信的一个极佳的载体。一般利用白光LED作为发光器件实现无线移动通信的方案较为常见。然而，由于LED等的大范围辐射特性，这种方案存在接收功率低的问题。为了让接收机可以接收更多的功率，一些研究里是将LED灯的光波聚集起来指向接收机，也有的研究直接利用了激光器作为光源发生器，这些方案面临着移动性的挑战。如中国专利技术专利CN201480074547、“用于移动设备的自由空间光通信”所公开的装置，其发射机利用了可以转向的反射镜来改变所发出的光束的方向，使光束在空间中扫描，以定位和跟踪接收机，但该装置的扫描速度较慢。也有一些研究利用了空间光调制器或光栅实现非机械性的光束转向。其中，空间光调制器的受光面具有很多排列的像素，入射光线经过这些像素后其相位或幅度可以被改变，而这改变的量是可以根据外部电信号控制的。光学透镜具有傅里叶变换的性质，所以通过空间光调制器生成的光场可以在穿过透镜后生成任何期待的图像，这就是全息投影。投影的图案中可以有明亮的区域和黑暗的区域，光能量都集中在明亮的区域。在中国专利技术专利CN201810341650、“二维全息投影显示方法及系统”介绍了这种全息投影的方式。当采用全息投影来实现移动通信时，发射机只需要在投影图像中产生明亮的区域以覆盖接收机，即可将增加接收机的接收光功率。采用全息投影只实现了非机械性地光束转向，但并没有解决最终的移动性问题。如何准确定位是实现高灵活的移动性所必须要解决的问题。发射机需要得知接收机的准确位置才能将光束对准接收机。一般采用射频的定位方案定位精度不高，且存在多径效应、相互干扰等问题。另一种，通过摄像头识别移动终端的定位方案面临可靠性不强的问题，因此难以适应实时移动的通信系统。在中国专利技术专利CN201810171316、“基于逆向反射特性的激光通信快速捕获对准方法”中公开了利用了安装在接收机上的逆反射器件实现定位，可以实现精确地对准。但是简单地利用逆反射器实现精确对准并非能提高移动性，因为在一开始扫描的过程中需要耗费非常多的时间，这对移动通信系统来说是难以接受的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，该装置包括主机、多个设置在主机在空间中投射出光场内的从机以及用以实现从机跟踪定位的定位跟踪系统，所述的主机内设有用以产生光束的调制光源系统以及接收准直光束并在空间中投射出光场的全息投影系统和内部光路转向器件，所述的从机内设有用以输出信息的接收解调器。所述的调制光源系统包括依次设置的激光器、光调制器、扩束器和偏振器，所述的全息投影系统包括依次连接的图像传感器、主控制器和空间光调制器，所述的空间光调制器接收调制光源系统发出的前向光束。所述的定位跟踪系统包括设置在主机内的第一远心猫眼逆反射器结构以及设置在从机内的第二逆反射器结构，所述的第一远心猫眼逆反射器结构与第二逆反射器结构之间构成用以形成振荡光束的自由空间光学共振腔。所述的接收解调器包括遮光面板、设置在遮光面板上的透光孔和光电探测器以及与光电探测器连接的解调模块，所述的第二逆反射器结构包括依次设置在透光孔后的第二透镜和第二后部反射镜。所述的接收解调器包括遮光面板、设置在遮光面板上的透光孔、设置在透光孔后方的光电探测器以及与光电探测器连接的解调模块，所述的第二逆反射器结构包括依次设置在透光孔与光电探测器之间的逆反射器和耦合器件。所述的空间光调制器为透射式空间光调制器或反射式空间光调制器，所述的内部光路转向器件采用分束器和/或平面反射镜。当空间光调制器采用透射式空间光调制器且内部光路转向器件采用分束器时，所述的第一远心猫眼逆反射器结构包括第一透镜和第一后部反射镜，具体光路如下：调制光源系统发出的前向光束依次穿过透射式空间光调制器和分束器的背面后，由第一后部反射镜反射回分束器的正面，分束器将该发射光引导到第一透镜投射形成光场，在第二逆反射器结构反射后形成后向光束，该后向光束通过第一透镜后由分束器分为两束，第一束经由第一后部反射镜形成振荡光束，另一束由图像传感器接收实现跟踪定位。当空间光调制器采用透射式空间光调制器且内部光路转向器件采用背面可透射的平面反射镜时，所述的第一远心猫眼逆反射器结构包括第一透镜和具有部分透射性的第一后部反射镜，具体光路如下：调制光源系统发出的前向光束依次穿过透射式空间光调制器和平面反射镜背面后经由第一透镜投射形成光场，经过第二逆反射器结构反射形成后向光束，第一透镜接收后向光束并由平面反射镜正面反射到第一后部反射镜上，一部分光束被第一后部反射镜反射回去形成振荡光束，另一部分透射过第一后部反射镜由紧贴在第一后部反射镜背面的图像传感器接收实现跟踪定位。当空间光调制器采用透射式空间光调制器且内部光路转向器件采用背面可透射的平面反射镜和分束器时，所述的第一远心猫眼逆反射器结构包括第一透镜和第一后部反射镜，具体光路如下：调制光源系统发出的前向光束依次穿过透射式空间光调制器和平面反射镜背面后经由第一透镜投射形成光场，经过第二逆反射器结构反射形成后向光束，第一透镜接收后向光束并由平面反射镜正面反射到分束器上分为两束，第一束依次经由第一后部反射镜、分束器和平面反射镜反射形成振荡光束，另一束由图像传感器接收实现跟踪定位。当空间光调制器为反射式空间光调制器且内部光路转向器件采用分束器时，所述的第一远心猫眼逆反射器结构包括第一透镜和反射式空间光调制器的反射面，具体光路如下：调制光源系统发出的前向光束穿过分束器的背面进入反射式空间光调制器内，经调制反射后返回分束器的正面，分束器将该发射光引导到第一透镜投射形成光场，在第二逆反射器结构反射后形成后向光束，该后向光束通过第一透镜后由分束器分为两束，第一束经由反射式空间光调制器的反射面反射形成振荡光束，另一束由图像传感器接收实现跟踪定位。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术包含了调制光源系统、全息投影系统、定位跟踪系统和一些接收解调器件，实现了高速率高移动性无线光通信；本专利技术创造性地采用逆反射结构和光学成像器件实现了定位跟踪系统，具有极高的响应速度和可靠性；本专利技术创造性地在主机和从机之间建立自由空间共振腔，使主机和每一个从机之间均自发建立高功率的振荡光束。由于震荡光束的存在，从机位置在传感图像中更为清晰明显，极大地提高了定位的准确性；本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，其特征在于，该装置包括主机(1)、多个设置在主机(1)在空间中投射出光场内的从机(2)以及用以实现从机(2)跟踪定位的定位跟踪系统(92)，所述的主机内设有用以产生光束的调制光源系统(90)以及接收准直光束并在空间中投射出光场的全息投影系统(91)和内部光路转向器件，所述的从机(2)内设有用以输出信息的接收解调器。/n

【技术特征摘要】
1.一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，其特征在于，该装置包括主机(1)、多个设置在主机(1)在空间中投射出光场内的从机(2)以及用以实现从机(2)跟踪定位的定位跟踪系统(92)，所述的主机内设有用以产生光束的调制光源系统(90)以及接收准直光束并在空间中投射出光场的全息投影系统(91)和内部光路转向器件，所述的从机(2)内设有用以输出信息的接收解调器。


2.根据权利要求1所述的一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，其特征在于，所述的调制光源系统(90)包括依次设置的激光器(10)、光调制器(11)、扩束器(12)和偏振器(13)，所述的全息投影系统(91)包括依次连接的图像传感器(17)、主控制器(18)和空间光调制器，所述的空间光调制器接收调制光源系统(90)发出的前向光束。


3.根据权利要求2所述的一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，其特征在于，所述的定位跟踪系统(92)包括设置在主机(1)内的第一远心猫眼逆反射器结构以及设置在从机(2)内的第二逆反射器结构(93)，所述的第一远心猫眼逆反射器结构与第二逆反射器结构(93)之间构成用以形成振荡光束的自由空间光学共振腔。


4.根据权利要求3所述的一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，其特征在于，所述的接收解调器包括遮光面板(20)、设置在遮光面板(20)上的透光孔(21)和光电探测器(24)以及与光电探测器(24)连接的解调模块(25)，所述的第二逆反射器结构(93)包括依次设置在透光孔(21)后的第二透镜(22)和第二后部反射镜(23)。


5.根据权利要求3所述的一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，其特征在于，所述的接收解调器包括遮光面板(20)、设置在遮光面板(20)上的透光孔(21)、设置在透光孔(21)后方的光电探测器(24)以及与光电探测器(24)连接的解调模块(25)，所述的第二逆反射器结构(93)包括依次设置在透光孔(21)与光电探测器(24)之间的逆反射器(27)和耦合器件(28)。


6.根据权利要求4或5所述的一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，其特征在于，所述的空间光调制器为透射式空间光调制器(15)或反射式空间光调制器(151)，所述的内部光路转向器件采用分束器(14)和/或平面反射镜(140)。


7.根据权利要求6所述的一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置，其特征在于，当空间光调制器采用透射式空间光调制器(15)且内部光路转向器件采用分束器(14)时，所述的第一远心猫眼逆反射器结构包括第一透镜(16)和第一后部反射镜(19)，具体光路如下：
调制光源系统(90)发出的前向光束依次穿过透射式空间光调制器(15)和分束器(14)的背面后，由第一后部反射镜(19)反射回分...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊明亮，刘庆文，邓浩，张清清，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31