[发明专利]用于无线光通信并行传输系统的光学天线的计算方法

说明书

本发明揭示了一种用于无线光通信并行传输系统的光学天线尺寸的计算方法，该算法将系统简化成由光源阵列、光学系统和检测器三部分组成的核心模块，根据这三部分参数选择、计算光学天线尺寸，实现检测器能够进行光电响应并解调出光信源原始信号，远距离并行通信。该算法满足条件：接收端光学天线能够让检测器分辨出光源阵列发射出的点光源间隙；接收端光学天线能够让检测器接收到足够的光信号能量，触发光电响应。应用本发明所提出的光学天线尺寸的计算方法，可以用于阵列式光源的并行传输系统，在提高通信容量的同时，保证传输可靠性，并且可以根据传输距离、接收光信号增益的需求得到最佳收发光学天线尺寸的关系。

技术领域

本发明应用于光通信无线传输领域，涉及光通信系统中并行传输/多通道传输，构建收发端光学天线时的透镜尺寸计算方法。

背景技术

无线光通信是一个交叉学科，它涵盖多项工程科学研究内容。光电器件、光学系统以及电子科学技术的发展为无线光通信奠定了基础，无线光通信系统的主要研究内容包括：光源(红外光、可见光、紫外光等)，传输系统，高灵敏度光检测器等。其中传输系统直接影响了光信号的传输质量，因此，能够提高光信号传输质量的关键技术被提出需要深入研究，包括：自适应光学技术，精密光机电综合技术，光学天线技术等。

光学天线实际上是一个光学望远镜，由目镜和物镜组成。目镜采用会聚透镜和发散透镜(开普勒望远镜和伽利略望远镜)，物镜用反射镜和透射镜(反射式望远镜和透射式望远镜)。其中反射式又有牛顿式、格利高利式、卡塞格伦式等多种，都是经典的望远镜系统。用于光通信传输的光学天线，被要求孔径越大越好，因为孔径越大，光信号增益越大，可提高传输可靠性。

目前光学天线的研究表明：收发端光学天线的效率会对无线光通信系统的接收光功率产生直接影响；发射端光学天线被设计成接近衍射极限，可获得最小的光斑，但不利于收发端的精确对准；为使接收端获得更多的光信号能量，接收端的光学天线也被要求直径越大越好，但这带来的弊端是系统体积增大。因此，体积小、重量轻、光学增益大的新型光学天线技术的研究至关重要。

发明内容

本发明就目前光学天线研究的关键技术，其目的旨在提出一种简便有效的光学天线尺寸的计算方法，并联合通信距离，接收端光信号能量增益的需求，给出天线尺寸的关系，以更方便地选择合适的尺寸，以获得最佳传输性能。

本发明实现上述目的的技术解决方案为：用于无线光通信并行传输系统的光学天线的计算方法，基于由光源阵列、光学组件和检测器三部分核心模块组成的简化系统实现，其特征在于：根据检测器能够进行光电响应并解调出光信源信号推导计算得光学组件所需满足两个条件：检测器通过接收端光学天线分辨出光源阵列发射出的点光源间隙，其中h为光源阵列中点光源的最小间距，h'为检测器的最小分辨线宽，f₀和f₀'分别为发射端和接收端的透镜焦距，γ和γ'分别为发射端和接收端公焦望远镜的角放大率；

检测器通过接收端光学天线接收到足量光信号能量、触发光电响应，E_dS_UR_I≥I_min、其中检测器成像的照度为E_d，检测器的光敏元件的响应度为R_I，光敏元件面积为S_U，最小响应电流I_min，每个点光源进入光学组件的光功率为P_e，发射光学部的透射系数为τ_i，信道的透射系数τ_m，接收光学部的透射系数τ_r，接收端的光功率占点光源发射的总功率之比为K，发射端公焦望远镜的外透镜直径为D₂，接收端公焦望远镜的外透镜直径为D'₂，且K关联两个外透镜的直径。