Лазерная линия связи
Изобретение относится к системам открытой оптической связи и касается терминалов лазерной связи, предназначенных для организации линий связи между наземными станциями. Технический результат заключается в упрощении конструкции системы связи и повышении эффективности использования интенсивности лазерного пучка. В лазерной линии связи каждый приемопередатчик содержит электронный блок передатчика с лазером и электронный блок приемника с фотодиодом, каждый приемопередатчик содержит корпус, передняя стенка которого образована фазовой оптической голограммой, избирательно прозрачной для лучей с длиной волны 1 и 2, на противоположной стенке корпуса приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером и электронный блок приемника с фотодиодом, при этом выходы лазеров и входы фотодиодов расположены в соответствующих фокальных плоскостях фазовых оптических голограмм. 2 ил.
Изобретение относится к технике беспроводной связи, а именно к аппаратуре лазерной связи в свободном пространстве.Известны лазерные приемопередатчики [1] для связи в атмосфере, состоящие из одного лазера (или нескольких лазеров), снабженные объективами для коллимирования лазерных пучков и фотоприемников с объективами для сбора и фокусировки принятых излучений на их чувствительных площадках. В качестве объективов часто используют одиночные линзы.Анализ основных технических характеристик известных лазерных линий связи показывает, что всем им присущи следующие ограничения:- сложность конструкции используемых приемопередатчиков, особенно механизма юстировки их оптических элементов;- резкое несоответствие между массогабаритными характеристиками их основных элементов - полупроводникового лазера и фотодиода с массой порядка единиц граммов и оптических элементов, которые вместе с креплением имеют массу на два - три порядка больше;- сложность изготовления и высокая стоимость оптических элементов каждого лазерного приемопередатчика;- значительная часть лазерных излучений в линии связи проходит мимо объективов фотоприемников, так как приемная оптика в каждом приемопередатчике занимает менее 40% площади передней (рабочей) стенки конструкции;- излучение передатчиков, рассеянное их оптическими элементами и аэрозолью атмосферы, может попадать на вход собственного приемника и вызвать паразитный шум, снижая основной показатель качества - отношение сигнал/шум.Уменьшить количество оптических элементов можно за счет использования одного и того же оптического пути для пучков передаваемого и принимаемого излучения. Разделение указанных пучков можно производить по направлению их распространения, по длине волны, по поляризации [2-4], при этом неизбежны потери в интенсивности излучения.Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности признаков является атмосферная линия [5] связи, принятая в качестве прототипа. Атмосферная линия связи содержит передатчики, приемники, светоизлучающие устройства, фотоприемные устройства, коллимирующие зеркала передающего тракта и фокусирующие зеркала приемного тракта. В каждом приемопередатчике известной линии зеркала выполнены концентрично на одной подложке так, что фокусирующее зеркало приемника расположено на периферии и имеет более длинное фокусное расстояние, чем фокусное расстояние коллиматорного зеркала. Кроме того, перед светоизлучающим и фотоприемным устройствами установлены взаимно ортогональные линейные поляризаторы.Однако линия атмосферной связи, принятая в качестве прототипа, имеет сложную и громоздкую оптическую систему с разными фокусными расстояниями зеркал передающего и приемного трактов, что увеличивает габариты аппаратуры и усложняет ее электронную часть. Использование же в качестве оптических элементов вогнутых зеркал в комбинации на одной подложке возможно только при высокой точности их изготовления [6]. Применение взаимно ортогональных линейных поляризаторов неэффективно из-за потерь в них части лазерного излучения.Заявляемое изобретение направлено на создание линии связи, содержащей два одинаковых лазерных приемопередатчиков, которые, имея меньшую массу и габариты с более простой конструкцией, чем приемопередатчик прототипа, могут существенно повысить эффективность использования интенсивности лазерного пучка передающего информацию, а также отношение сигнал/шум фотоприемника.Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что лазерная линия связи выполнена на двух оптически связанных через атмосферу одинаковых приемопередатчиков, каждый из которых содержит передатчик со светоизлучающим устройством - лазером, приемник со светоприемным устройством - фотодиодом. Коллимирующий компонент передающего тракта и фокусирующий компонент приемного тракта, а также спектральные фильтры выполнены в виде одной фазовой оптической голограммы.Благодаря использованию фазовой оптической голограммы можно получить следующие преимущества:- собирать и/или коллимировать излучение со всей поверхности фазовой оптической голограммы из-за ее фокусирующих свойств;- на одной фазовой оптической голограмме можно зарегистрировать N предметов при N2, например две линзы;- высокую избирательность по длине волны, так как фазовая оптическая голограмма может работать как спектральный фильтр;- отсутствие аберраций, которые ограничивают разрешающую способность стандартных оптических приборов;- легкость изготовления - фазовую оптическую голограмму можно копировать так же, как и лазерные диски.На фиг.1 представлена лазерная линия связи между двумя терминалами - лазерными приемопередатчиками, расположенными на противоположных концах линии оптической связи; на фиг.2 - структурная схема отдельного приемопередатчика.Каждый приемопередатчик 1 или 2 содержит корпус 3, одна из вертикальных стенок которого образована фазовой оптической голограммой 4, а на противоположной стенке корпуса 1 смонтирован электронный блок 5 передатчика с лазером 6 и электронный блок 7 приемника с фотодиодом 8, а также стабилизированный блок 9 питания от сети переменного тока напряжением 220 В. Лазер 6 своим выходом, а фотодиод 8 - входом расположены в фокальной плоскости фазовой оптической голограммы 4. Светоизлучающий лазер 6 приемопередатчика 1 с длиной волны 1 расположен в фокусе голограммы 4 с длиной волны 1, а в приемопередатчике 2 наоборот в фокусе голограммы с длиной волны 2 в соответствии с излучаемой волной 2. Фотодиоды в каждом из взаимодействующих приемопередатчиках - в фокусах голограмм для волн 2 и 1 для первого и второго приемопередатчиков 1 и 2 соответственно. Следовательно, фотоприемники будут оптически развязаны с расположенными в одном и том же корпусе 3 светоизлучающими лазерами, а спектральная избирательность фазовых оптических голограмм 4 обеспечит защиту фотоприемников от внешней засветки, в том числе и солнечной.Использование лазерной линии связиПриемопередатчики 1 и 2 устанавливаются соосно напротив друг друга в пределах прямой видимости на крышах или стенах домов, причем на пути луча лазера 6 не должно быть препятствий, источников теплового излучения, скопления птиц и т.п. Взаимное положение приемопередатчиков может уточняться с помощью оптических прицелов (на чертеже не изображены) или лазерной подсветки самих приемопередатчиков 1 или 2. Как только будет достигнуто оптимальное расположение приемопередатчиков 1 и 2 относительно друг друга, последние закрепляют на выбранных площадках и могут осуществлять связь между терминалами 1 и 2 на волнах 1 и 2.Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное техническое решение отличается введением в конструкцию каждого из двух приемопередатчиков фазовой оптической голограммы, причем излучатель с длиной волны 1 расположен в первом приемопередатчике (терминале) в фокусе голограммы с длиной волны 1, а фотоприемник в фокусе голограммы с длиной волны 2 для второго приемопередатчика (терминала) наоборот - излучатель расположен в фокусе голограммы 2, а фотоприемник в фокусе голограммы 1, причем обе голограммы 1 и 2 выполнены на одной пластинке, которую размещают на передней стенке каждого приемопередатчика.Технический результат предлагаемого изобретения заключается в существенном упрощении конструкции и уменьшении массы приемопередатчиков (терминалов) лазерной линии связи.Кроме того, совокупность введенной в устройство фазовой оптической голограммы и ее связь с излучателем - лазером и фотоприемником позволяет поднять энергетический потенциал оптической линии связи и тем самым снизить требования к мощности излучения лазера или увеличить дальность связи, а также улучшить качество передачи информации за счет снижения отношения сигнал/шум, что практически невозможно при использовании прототипа.Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны. Требуемый технический результат достигается вновь введенным существенным признаком, неизвестным в патентной и научно-технической литературе на дату подачи заявки, следовательно, техническое решение превышает изобретательский уровень.Источники информации1. Милинкис Б.М., Петров В.М. Атмосферная лазерная связь, Информост, ж. Радиоэлектроника и телекоммуникации, № 5 (18) 2001.2. Патент ЕР № 0909048, кл. Н 04 В 10/24, 14.04.1999.3. Патент США № 6154297, кл.359-152, 28.11.2000.4. Патент США № 6137609, кл.359-152, 24.10.2000.5. Патент РФ № 2120185, кл. Н 04 В 10/10, опубл. в БИ № 28, 1998 - (прототип).6. Воробьев В.И. Оптическая локация для радиоинженеров. - М.: Радио и связь, 1983.Формула изобретения
Лазерная линия связи между двумя приемопередатчиками, расположенными на противоположных концах линии оптической связи, причем каждый приемопередатчик содержит электронный блок передатчика с лазером и электронный блок приемника с фотодиодом, отличающаяся тем, что каждый приемопередатчик содержит корпус, передняя стенка которого образована фазовой оптической голограммой, избирательно прозрачной для лучей с длиной волны 1 и 2, на противоположной стенке корпуса одного приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 1 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 2, а на противоположной стенке корпуса другого приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 2 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 1, при этом выходы лазеров и входы фотодиодов расположены в соответствующих фокальных плоскостях фазовых оптических голограмм.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2