[發明專利]一種用于短距離無線光通信的大相對孔徑光學接收天線

有效

• 申請號: 201310210014.1
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103293610A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 丁潔;徐圓飛;劉峰;王稷;劉玉平
• 申請（專利權）人: 北京航星機器制造有限公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 符彥慈

技術領域

本發明涉及一種光學接收天線，尤其涉及一種用于短距離無線光通信的大相對孔徑光學接收天線。

背景技術

無線光通信，是以光波為載體在真空和大氣中傳遞信息的通信技術，可分為大氣光通信、衛星間光通信和星地光通信。這是一種以光束為信息載體的無線通信技術，可提供數據信息的點對點或點對多點無線高速連接。無線光通信中的信息在空氣介質或真空中傳播，不需要光纖，因此無線光通信技術也常稱為虛擬光纖（virtual?fiber）通信技術。無線光通信既具有微波通信成本低、工程周期短、架設靈活便捷的特點，又具有光纖通信頻帶寬、速率高、容量大、保密性好、功耗小、重量輕的優點。因此，無線光通信意義重大而深遠，其不但可將地面上的各類通信融為一體，而且在近空，乃至將來人類進入宇宙深空的通信也要采用該技術。

無線光通信系統主要由激光光源系統，發射系統，接收系統以及大氣信道組成。系統的工作原理是：發射系統將經過處理的電信號調制到光載波上，然后通過光學發射天線使其成為平行光束并在大氣中發送至對準的光學接收天線。光信號經大氣信道傳輸到達接收系統，光學接收天線將接收到的光信號聚焦后送至光電探測器進行光電轉換，經放大恢復成原來的電信號。光學發射天線的主要功能是壓縮光束發散角，對光束進行擴束和準直。光學接收天線的作用是盡可能多地接收包含信號光在內的自由空間的微弱光輻射，然后被探測器所檢測并轉換成電信號。

高速光電探測器的光敏面一般較小，靈敏度也較低，需要光學接收天線將光束聚焦成較小的光斑以接收到更多光能。因此光學接收天線實際上就是一個激光聚焦鏡頭。在本發明涉及的系統中采用多發射天線多接收天線的運動交替式多點對多點的傳輸方式，此系統中發射天線的激光方向垂直于接收天線。但每個發射天線在一個圓周上運動一定范圍時，就要求接收天線能夠一直接收到光信號并且匯聚到高速光電探測器光敏面上。

發明內容

本發明目的在于提供一種大相對孔徑折射式光學接收天線，能夠保證盡可能多地接收光能量。

本發明的技術方案為：一種用于短距離無線光通信的大相對孔徑光學接收天線，從光束入射方到光束出射方依次包括三個透鏡，其特征在于，所述的第一透鏡是正光焦度的雙凸透鏡，所述的第二透鏡是正光焦度的彎月透鏡，凸面朝向光束入射方，所述的第三透鏡是負光焦度的雙凹透鏡。

所述接收天線的入瞳直徑D≥2l+d₀，其中，l為入射光束的位移，d₀為入射光束的直徑。

所述第一透鏡的通孔孔徑與入瞳直徑一致。即入瞳直徑D在數值上應等于第一透鏡的通光孔徑。

所述接收天線的有效焦距f≤d/(2tgθ)，其中，d為出射光束聚焦的光電探測器光敏面直徑，θ為接收天線的最大視場角。θ即為入射光束相對于接收天線光軸的最大允許偏轉角。

所述接收天線滿足以下關系式：f<f₁<f₂<2f<|f₃|<3f

其中，f為接收天線的有效焦距，f₁為第一透鏡的有效焦距，f₂為第二透鏡的有效焦距，|f₃|為第三透鏡有效焦距的絕對值。

所述接收天線相對孔徑的范圍是1：1.35到1:1。相對孔徑為D/f，D為接收天線的入瞳直徑，f為接收天線的有效焦距。

所述θ值的范圍為±0.1°。

所述接收天線的三個透鏡位置固定。

所述接收天線接收入射光束聚焦后的出射光束為固定不動。

所述接收天線接收的入射光束為固定不動或繞光軸圓周運動。

本發明接收天線能夠有效聚焦入射光束，當入射光束平行于該接收天線光軸并沿垂直光軸方向在有效孔徑內移動時，接收天線固定不動，且能將入射光束90%以上的能量聚焦。當入射光束相對于光軸偏轉0.1°時，接收天線將至少50%的光能量聚焦。從而解決了高速光電探測器光敏面較小，靈敏度較低的問題。

附圖說明

通過下面結合附圖對其示例性實施例進行的描述，本發明上述特征和優點將會變得更加清楚和容易理解。

圖1是本發明的接收天線在入射光束為全孔徑106mm下的光線追跡圖；

圖2是本發明的接收天線在入射光束為全孔徑106mm下0視場的成像光斑圖；

圖3是本發明的接收天線在入射光束為全孔徑106mm下全視場（0.1°視場角）的成像光斑圖；