CN2645350Y - 无光纤激光通信接收器 - Google Patents

Abstract

无光纤激光通信接收器是一种采用了光纤准直器的无光纤激光通信接收器，由接收天线和光会聚装置所组成，接收天线1由同一光轴上的物镜1a、目镜1b组成，光会聚装置采用光纤准直器2，该光纤准直器2位于目镜1b的一侧，接收天线1的物镜1a、目镜1b、光纤准直器2均位于外壳3中，且同光轴。光纤准直器由准直透镜2a、内部光纤2b、玻璃套管2d、金属套管2e、尾纤2f、光纤连接器2g组成，在金属套管2e内的一端设有准直透镜2a，在准直透镜2a的后部连接有内部光纤2b，在内部光纤2b外、金属套管2e内设有玻璃套管2d，尾纤2f的一端接内部光纤2b，另一端接光纤连接器2g。

Description

无光纤激光通信接收器

                         一、技术领域

本实用新型是一种采用了光纤准直器的无光纤激光通信接收器，属于激光通信的技术领域。

                         二、背景技术

无光纤激光通信是一种新兴的通信技术。它具有传输速率高、频带宽、安装方便、传输保密性好、成本低、无需申请频段等优点。能够广泛的应用于楼宇通信、最后一公里接入、企业局域网或局域网之间的连接、光纤线路的备份和故障应急等方面。

无光纤激光通信与光纤激光通信在通信方式上存在较大的差异，因此，在通信器件的设计和通信方案的设计上都存在较大的差异。由于光纤通信技术早已得到了广泛的应用，所以，现有的通信器件和通信方案主要是用于光纤通信系统；而用在无光纤激光通信方面的通信器件和通信方案很少，需要专门设计。

在无光纤激光通信技术中，目前常用的接收方式是将入射光会聚到光电二极管的接收靶面上，进行光电转换。因此，现有的大多数通信器件和通信方案很难直接应用到无光纤激光通信中。

                         三、发明内容

1、技术问题

本实用新型的目的是提供一种用于无光纤激光通信，从而提高通信性能，降低通信成本的无光纤激光通信接收器。

2、技术方案

本实用新型采用光纤准直器作为无光纤激光通信的接收器件，由接收天线和光会聚装置所组成，接收天线由同一光轴上的物镜、目镜所组成，光会聚装置采用光纤准直器，该光纤准直器位于目镜的一侧，接收天线的物镜、目镜、光纤准直器均位于外壳中，且同光轴。光纤准直器由准直透镜、内部光纤、玻璃套管、金属套管、尾纤、光纤连接器组成，在金属套管内的一端设有准直透镜，在准直透镜的后部连接有内部光纤，在内部光纤外、金属套管内设有玻璃套管，尾纤的一端接内部光纤，另一端接光纤连接器。

光纤准直器主要由准直透镜(C-lens或GRIN lens)和光纤组成，能够将光纤输出的发散光转变为平行光，也能够将平行于光轴的入射光耦合入光纤。本实用新型利用的就是光纤准直器将平行于光轴的入射光耦合入光纤的性能。

本实用新型可利用的接收天线有开普勒望远镜、伽利略望远镜、牛顿望远镜、格里高里望远镜、卡塞格伦望远镜等，在本设计中我们以开普勒(Kepler)望远镜为例。开普勒望远镜由目镜和物镜组成，目镜的通光孔径与光纤准直器的通光孔径相当，物镜的直径是目镜的通光孔径的50倍以上。引入望远镜的目的是加大入射光的接收面积，提高接收的光功率。

光纤准直器的光轴与望远镜的光轴重合，光纤准直器在望远镜的目镜一侧，其准直透镜与望远镜的目镜接近。在无光纤激光通信过程中，通过大气传输的信号光沿望远镜的光轴从物镜入射，入射光为近似平行光，根据望远镜的光学工作原理，通过目镜后的输出光也为近似平行光。此近似平行光进入光纤准直器，透过准直器的准直透镜耦合入光纤，从而实现了信号光从大气到光纤的接收。

将光纤准直器的尾纤与光纤通信中常用的接收器件相连，即可进行正常的信号接收。同样，可以将现有光纤通信方案引入到无光纤激光通信中，例如，在光纤准直器的尾纤接光纤光栅，可实现波分复用的无光纤激光通信。

3、技术效果

本实用新型所设计的这种采用光纤准直器的无光纤激光通信接收技术，具有以下的几个明显的优点：

(1)本实用新型采用光纤准直器作为接收器件，光纤准直器已经是非常成熟的产品，因此无需进行专门设计。

(2)光纤准直器的采用，可使无光纤激光通信设备的光路设计变得灵活、简单。

(3)利用光纤准直器，可以将现有的光纤通信器件应用于无光纤激光通信。

(4)利用光纤准直器，可以将现有的光纤通信方案应用于无光纤激光通信，例如波分复用(WDM)。

                         四、附图说明

图1为采用光纤准直器的无光纤激光通信接收结构示意图，其中包括接收天收天线1、物镜1a、目镜1b、光纤准直器2、准直透镜2a、内部光纤2b、玻璃套管2d、金属套管2e、尾纤2f、光纤连接器2g、外壳3。

                       五、具体实施方式

本实用新型的无光纤激光通信接收器，由接收天线和光会聚装置所组成，其中接收天线1由同一光轴上的物镜1a、目镜1b所组成，光会聚装置采用光纤准直器2，该光纤准直器2位于目镜1b的一侧，接收天线1的物镜1a、目镜1b、光纤准直器2均位于外壳3中，且同光轴。光纤准直器2由准直透镜2a、内部光纤2b、玻璃套管2d、金属套管2e、尾纤2f、光纤连接器2g组成，在金属套管2e内的一端设有准直透镜2a，在准直透镜2a的后部连接有内部光纤2b，在内部光纤2b外、金属套管2e内设有玻璃套管2d，尾纤2f的一端接内部光纤2b，另一端接光纤连接器2g。

光学接收天线(以开普勒望远镜为例)物镜的直径为50mm，其所有面积均用于接收入射光；目镜的直径为几毫米，但其用于通光的有效孔径为1.0mm左右，与光纤准直器的有效通光孔径尺寸一致。物镜的焦距f1与目镜的焦距f2的比值为50∶1。

光纤准直器的光轴与望远镜的光轴完全重合，准直器在望远镜的目镜1b一侧，准直器的入射端与望远镜的目镜接近。我们所采用的光纤准直器的通光孔径尺寸为1.0mm左右。

在无光纤激光通信过程中，通过大气传输的信号光沿接收天线的光轴从物镜1a入射，入射光为近似平行光，通过目镜1b后的输出光也为近似平行光。此近似平行光进入光纤准直器，透过准直透镜2a耦合入内部光纤2b，从而实现了信号光从大气到光纤的接收。

将光纤准直器的尾纤2f与光纤通信中常用的接收器件相连，即可进行正常的信号接收。同样，可以将现有光纤通信方案引入到无光纤激光通信中，例如，在光纤准直器的尾纤2f接光纤光栅，可实现波分复用的无光纤激光通信。

接收角的计算：

在前面的表述中，我们假定望远镜的物镜1a接收到的入射光是近似平行的；而实际中，入射光是有一定发散角的。

若入射光线与望远镜的光轴的夹角为θ₁，而从望远镜目镜1b出射的光线与望远镜的光轴的夹角为θ₂。根据望远镜的几何光学原理，望远镜的角放大率(r_p)等于物镜焦距(f₁)与目镜焦距(f₂)的比值。而我们设计物镜的焦距f₁与目镜的焦距f₂的比值为50∶1，即

${\mathrm{\γ}}_p=\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{{\mathrm{\θ}}_1}=\frac{f_1}{f_2}=50---\left(1\right)$

所以，可知

           θ₂＝50θ₁          ………………(2)即通过望远镜后，信号光的发散角被放大了50倍。

而光纤准直器是有一定接收角范围的，以目前常见的多模光纤准直器为例，其接收角最大可达到1.10°(即19.30毫弧度)，即可接收光线与光轴的最大夹角为0.55°(即9.65毫弧度)，与光轴的夹角在这个范围以内的入射光都会通过光纤准直器耦合入光纤。根据式(2)可得

${\mathrm{\θ}}_1=\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{50}=\frac{9.65}{50}=0.193\mathrm{mrad}---\left(3\right)$

即与接收天线的光轴的夹角在这个范围以内的入射光都会通过接收天线光纤准直器耦合入光纤。所以，接收天线的接收角度为θ₁的两倍，即0.386毫弧度。这个接收角在工程设计与应用中是完全可以接收的。

Claims (2)

1、一种无光纤激光通信接收器，由接收天线和光会聚装置所组成，其特征在于接收天线(1)由同一光轴上的物镜(1a)、目镜(1b)组成，光会聚装置采用光纤准直器(2)，该光纤准直器(2)位于目镜(1b)的一侧，接收天线(1)的物镜(1a)、目镜(1b)、光纤准直器(2)均位于外壳(3)中，且同光轴。

2、根据权利要求1所述的无光纤激光通信接收器，其特征在于光纤准直器(2)由准直透镜(2a)、内部光纤(2b)、玻璃套管(2d)、金属套管(2e)、尾纤(2f)、光纤连接器(2g)组成，在金属套管(2e)内的一端设有准直透镜(2a)，在准直透镜(2a)的后部连接有内部光纤(2b)，在内部光纤(2b)外、金属套管(2e)内设有玻璃套管(2d)，尾纤(2f)的一端接内部光纤(2b)，另一端接光纤连接器(2g)。