[發明專利]一種用于數據中心的無線光通信收發一體化系統及方法

有效

• 申請號: 202110731153.3
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113612537B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 丁德強;吳田宜;李源;周少華;楊鼎;冉金志;劉故箐
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04B10/40
• 分類號: H04B10/40;G02B6/26;G02B6/32
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

1.一種用于數據中心的無線光通信收發一體化系統，其特征在于：

包括若干個一體式光收發器（1）；每個一體式光收發器（1）包含一個廣角GRIN/魚眼透鏡組合（3），一個凹透鏡（2），一個空間分束器（5），兩套電腦控制的MEMS設備（9），一個CCD相機（6）和一個微透鏡陣列（7）分別固定在MEMS設備（9）上，一個傳輸光纖束（8）一端通過PC端控制的固定有微透鏡陣列（7）的MEMS設備連接，另一端接入一個N接口型光纖接口交叉矩陣（4）；

系統中一體式光收發器（1）數量N為偶數個，按正n邊形排布，并將光收發器安置在正n邊形的n個端點處；

經ZEMAX軟件設計的廣角GRIN/魚眼透鏡組合（3）能夠有效接收的光束入射角最大可達135°；

將CCD相機焦平面比擬接收端平面，對焦平面上基元按照光纖的截面積和排布順序進行分區求和探測，從而可以實時監測耦合進對應光纖中的能量占比；

所述微透鏡陣列（7）及其對應的傳輸光纖束（8）均為固定在MEMS設備上的結構；

傳輸光纖束（8）分別與N接口型光纖接口交叉矩陣（4）、固定微透鏡陣列（7）的MEMS設備（9）之間均采用PC端連接。

2.一種用于數據中心的無線光通信收發一體化通信方法，其特征在于，采用如權利要求1所述的一種用于數據中心的無線光通信收發一體化系統，具體步驟如下：

步驟1：對裝置進行初始化校對；

步驟1.1：通過一束沿著廣角GRIN/魚眼透鏡組合（3）、凹透鏡（2）、空間分束器（5）、MEMS設備（9）調控下的微透鏡陣列（7）的共光軸光束作為中心，將微透鏡陣列中序號1的透鏡以及對應監測端CCD相機上序號1的光纖截面大小的位置確定；

步驟1.2：將此時同時控制反射端、透射端的兩套MEMS設備（9）的初始參數設定，并對微透鏡陣列、傳輸光纖束按照順序進行排布編號，對應的監測端CCD相機焦平面（11）上的基元按照相應區域排布進行排序編號；

步驟2：信號接收及耦合調整；

步驟2.1：以系統中任意一個一體式光收發器A作為信號源，通過調整出射光的角度，經過空間傳輸后，被另一個一體式光收發器B的廣角GRIN/魚眼透鏡組合（3）聚焦，經凹透鏡（2）準直后，通過空間分束器（5）分為兩束；

步驟2.2：反射光和透射光分別在MEMS設備（9）調控下的CCD相機（6）的焦平面和MEMS設備（9）調控下的微透鏡陣列（7）的平面上形成相對初始中心一致的光斑位置；

步驟2.3：反射光在微透鏡陣列（7）的平面上各個透鏡上的能量分布此時與CCD相機上按照光纖截面大小的各個區域內的能量分布一致；

步驟2.4：通過CCD相機上基元對光強信息的采集，按照分區后各個區域內的能量之和可以確定編號為X的區域內將耦合進最多能量的信號光；

步驟2.5：則通過MEMS設備（9）同步調控CCD相機和微透鏡陣列進行平移，以CCD相機為監測，當實現信號光耦合進編號為X的區域最大時，MEMS設備（9）調控結束；此時信號光即以最大效率耦合進入編號為X的傳輸光纖中；再傳輸進入N接口型光纖接口交叉矩陣（4）中；

步驟3：信號重新發送；

步驟3.1：接收信號完畢后，通過N接口型光纖接口交叉矩陣（4）將信號經PC端重新輸入傳輸光纖束中序號為Y的光纖中；

步驟3.2：按照光路可逆的原理，通過微透鏡陣列（7）和空間分束器（5），重新通過凹透鏡（2）經由廣角GRIN/魚眼透鏡組合（3）發射出去，由系統內的一體式光收發器C接收，完成再一次的信息傳遞；

步驟3.3：完成傳輸后，系統將自動按照步驟1中MEMS設備的初始化參數歸位；

步驟4：后續繼續進行信號的接收和發出，則按照步驟2和步驟3反復進行即可。