一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置，包括主机和从机，所述的主机包括逆反射调制模块以及由第一逆反射器和增益介质组成的共振光发射模块，所述的从机包括第二逆反射器，第一逆反射器与第二逆反射器之间的共振光路构成自由空间共振腔，所述的逆反射调制模块包括沿光路设置的第三后反射镜、光调制器、用以产生倍频光束的光倍频器以及第三透镜。与现有技术相比，本发明专利技术具有高速率共振光通信、可移动性、避免干扰等优点。

A resonant optical communication device without intracavity interference based on optical frequency doubling

【技术实现步骤摘要】
一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置
本专利技术涉及无线光通信领域，尤其是涉及一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置。
技术介绍
随着信息技术的发展，无线通信系统的载波频率越来越高，这是因为越高的载波频率可以提供越大的带宽。目前普遍研究的毫米波通信的频率已经达到了几十GHz，然而更高频率的载波是处在几百THz频段的光波。在可以预见的未来，利用光波进行无线通信将会是重要的技术手段，为虚拟现实和增强现实等需要大带宽通信的应用领域提供数据传输通道。然而，无线光通信面临的难题是接收功率与移动性的权衡。具体来说，常见LED灯可以实现大范围覆盖的光通信，移动终端可以在灯光覆盖范围内灵活移动，然而移动终端的接收功率极低，其信噪比往往难以满足高速率通信的要求。另一种是采用聚光的LED或者激光实现定向光通信，这类技术一般需要采用机械性或非机械的光束转向装置，将光束指向接收机。机械性的装置一般采用微机电系统控制反光镜转动来实现光束转向，这类装置的响应速度较慢，且精度较低。常见的非机械性的光束转向装置则采用光栅或空间光调制器，具有较高的响应速度，但难点在于需要提前精确定位接收机，这在技术和成本上都具有极大挑战。在中国专利技术专利2017110620229.8“基于分布式光学谐振腔的无线通信装置”和中国专利技术专利201811209197.4“一种基于谐振光束的携能通信装置”提及到利用自由空间激光共振腔实现无线通信的方案，这类方案具有较高的接收功率和较好的移动性，是突破常规无线通信瓶颈的技术。然而，直接调制自由空间激光共振腔内光束不可避免地面临腔内回波干扰问题，即已调制的光束在腔内往返传播，影响了后续的通信过程。回波干扰问题的存在，导致该方案只能实现低速率的调制，未能充分体现出自由空间激光共振腔在无线光通信上的优越性。
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基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置，包括主机和从机，所述的主机包括逆反射调制模块以及由第一逆反射器和增益介质组成的共振光发射模块，所述的从机包括第二逆反射器，第一逆反射器与第二逆反射器之间的共振光路构成自由空间共振腔，所述的逆反射调制模块包括沿光路设置的第三后反射镜、光调制器、用以产生倍频光束的光倍频器以及第三透镜。所述的第一逆反射器由第一后反射镜和第一透镜构成，所述的第二逆反射器由第二透镜以及第二后反射镜，该第二后反射镜镀有波长选择性质的膜，用以透射倍频光束，反射共振光束。当该装置采用光路折叠型结构时，第一逆反射器的光瞳与逆反射调制模块的光瞳位置重合，并且增益介质设置在该光瞳位置处，并且在增益介质后设置反射面。所述的反射面为一具有部分透射率的反射面，所述的第三透镜、光倍频器、光调制器和第三后反射镜依次设置在反射面的透射方向上，所述的第一逆反射器设置在反射面的反射方向上。当该装置采用光路贯通型结构时，所述的光倍频器设置在第二后反射镜和第一透镜之间的共振光路上，所述的第一后反射镜镀有波长选择性质的膜，用以透射倍频光束，反射共振光束，所述的第三透镜、光调制器和第三后反射镜依次设置在第一后反射镜透射方向上。所述的增益介质设置在第一逆反射器的光瞳处。所述的第三透镜由两块平行设置的透镜构成。所述的波长选择性质的膜具体为倍频光束增透膜和共振光束增反膜。所述的从机还包括设置在第二后反射镜后方接收倍频光束的聚光透镜以及光电探测器。所述的倍频光束的频率不小于共振光束频率的2倍。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术创造性地设计了复合的镜组结构，可将一部分功率的共振光光束引出来做倍频和调制，而另一部分共振光束在腔内维持共振。在从机内采用波长选择的逆反射器，对倍频光束和共振光束进行分离。该设计中，载有调制信息的倍频光束直接利用了共振光束自发成立的路径，又不会在自由空间共振腔内形成振荡，因此避免了腔内回波干扰问题。因此，本专利技术实现了高速率的共振光通信，并且，被引出的倍频调制光束还能够按原路径反射回去，重新进入到共振光束路径。由于共振光束的自发建立特性是赋予通信链路移动性的根本原因，本专利使倍频调制光束重回共振光束路径的设计维持了该通信装置的移动性。附图说明图1A为远心猫眼逆反射器的结构和原理示意图。图1B为基于远心猫眼逆反射器的自由空间激光共振腔结构示意图。图2为本专利技术基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置的结构原理图。图3为图2中光路折叠型的实施方式结构示意图。图4为图2中光路贯通型的实施方式结构示意图。图中标记说明：1、主机，11、后反射镜，12、透镜，13、光瞳，14、光束，150、后反射镜，151、透镜，152、光瞳，160、后反射镜，161、透镜，162、光瞳，17、增益介质，18、共振光束，2、从机，20、共振光发射模块，201、第一逆反射器，202、增益介质，203、具有部分透射率的反射面，21、逆反射调制模块，22、第二逆反射器，23、聚光透镜，24、光电探测器，3、自由空间，210、第三后反射镜，211、光调制器，212、光倍频器，213、第三透镜，2130、透镜，2131、透镜，4、反射面，2011、第一后反射镜，2012、第一透镜，221、第二透镜，222、第二后反射镜，80、第一逆反射器的光瞳，81、第二逆反射器的光瞳，82、逆反射调制模块的光瞳。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。图1A和图1B共同示例了基于远心猫眼逆反射器的自由空间激光共振腔的原理。其中，图1A是一种远心猫眼逆反射器的结构，包括透镜(12)和处在透镜(12)焦平面处的后反射镜(11)。根据几何光学原理，任何经过透镜焦点的光线穿过该透镜后则垂直入射到透镜的这一侧的焦平面。其他光束若平行于上述经过透镜焦点的光线，则其穿过透镜后聚焦到同一点，该聚焦的点即是上述穿过该透镜焦点的光线所最终垂直入射到焦平面上的点。经过焦平面处的后反射镜反射出的光线经过透镜后，依然是与入射光线平行的，即反射光以与入射光相反的方向被反射出去。根据上述原理，认为在透镜(12)焦点处存在一个光瞳(13)，任何经过光瞳(13)入射的平行光束(14)被该猫眼逆反射器反射出来后还将经过光瞳(13)，并且与原入射光束(14)的路径重合。图1B是一种基于远心猫眼逆反射器的自由空间激光共振腔的示例。该示例中，由后反射镜(150)和透镜(151)构成了第一逆反射器；由后反射镜(160)和透镜(161)构成了第二逆反射器。根据猫眼逆反射器的原理，第一逆反射器光瞳(152)和第二逆反射器光瞳(162)之间连线上的平行光束可以往返振荡，而不论第一逆反射器和第二逆反射器之间的相对位置。因此，第一逆反射器和第二逆反射器构成了一个自由空间共振腔。增益介质(17)处在第一逆反射器光瞳(152)处，由于振荡光束的路径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置，包括主机(1)和从机(2)，所述的主机(1)包括逆反射调制模块(21)以及由第一逆反射器(201)和增益介质(202)组成的共振光发射模块(20)，所述的从机(2)包括第二逆反射器(22)，第一逆反射器(201)与第二逆反射器(22)之间的共振光路构成自由空间共振腔，其特征在于，所述的逆反射调制模块(21)包括沿光路设置的第三后反射镜(210)、光调制器(211)、用以产生倍频光束的光倍频器(212)以及第三透镜(213)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置，包括主机(1)和从机(2)，所述的主机(1)包括逆反射调制模块(21)以及由第一逆反射器(201)和增益介质(202)组成的共振光发射模块(20)，所述的从机(2)包括第二逆反射器(22)，第一逆反射器(201)与第二逆反射器(22)之间的共振光路构成自由空间共振腔，其特征在于，所述的逆反射调制模块(21)包括沿光路设置的第三后反射镜(210)、光调制器(211)、用以产生倍频光束的光倍频器(212)以及第三透镜(213)。


2.根据权利要求1所述的一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置，其特征在于，所述的第一逆反射器(201)由第一后反射镜(2011)和第一透镜(2012)构成，所述的第二逆反射器(22)由第二透镜(221)以及第二后反射镜(222)，该第二后反射镜(222)镀有波长选择性质的膜，用以透射倍频光束，反射共振光束。


3.根据权利要求2所述的一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置，其特征在于，当该装置采用光路折叠型结构时，第一逆反射器(201)的光瞳与逆反射调制模块(21)的光瞳位置重合，并且增益介质(202)设置在该光瞳位置处，并且在增益介质(202)后设置反射面(4)。


4.根据权利要求3所述的一种基于光倍频的无腔内干扰的共振光通信装置，其特征在于，所述的反射面(4)为一具有部分透射率的反射面，所述的第三透镜(213)、光倍频器(212)、光调制器(211)和第三后反射镜(210)依次设置在反射面...

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