[发明专利]一种光照强度自适应光学接收端

说明书

本发明公开的一种光照强度自适应的光学接收端，旨在解决高灵敏探测器在使用过程中容易饱和、在强光下容易造成不可逆转损坏的缺陷，为高灵敏探测器提供保护的同时扩大其适用范围。该装置以高灵敏光电探测器为中心，围绕“强光保护”和“自适应”两大需求，设计以可调滤光装置和嵌入式控制器单元为核心的附属装置。该发明实现了的光电探测装置是一种一种兼顾高灵敏和通用性的装置，相比于单一的高灵敏光电探测器，该装置具有对环境光遮蔽要求相对较低、灵敏度高等特点，具有较为广阔的应用范围。

说明书

技术领域

本发明属于光学光电探测领域，具体介绍一种光照强度自适应接收端的设计。

背景技术

光电探测器是光学通信、光学探测等多个领域的基本设备，其主要利用光电效应、雪崩效应、光电倍增效应等技术原理，将变化的光信号转换为电子电路可以采样读取的电信号。在搭建光学系统时，开发人员通常需要针对系统特定的工作环境选择合适的光电探测器，才能使得系统能正常工作。而对于光学探测、无线光学通信领域，装置通常是一种可移动的设备，针对性选择合适的探测器的解决方案在无线通信、探测领域并不是一个很好的解决方法。

目前普遍应用的探测器主要分为两类：常规光电探测器和高灵敏光电探测器。前者主要基于光电效应，通过针对性设计PN结结构，并且选择合适的反向偏置电压，实现一般灵敏度的光电探测功能。其中PIN型探测器为主要代表，其可以耐受较强的光照，但是对于一些光功率较低的光信号不具备探测能力，其响应的阈值较高。

而高灵敏度光电探测比如光电倍增管(PMT)和多像素光子计数器(MPPC)具有非常高的灵敏度(单光子级)。这类探测器可以探测到非常微弱的光信号，适合应用于较长距离的水下光通信等低光信号功率的环境。但是这一类探测器对强光十分敏感，过强的入射光会导致探测设备的永久性损坏，所以其难以应用于常见的存在背景光或者光信号强度较强的环境中。

由于上述常用的探测器存在各自的缺点，目前对于光照强度动态变化较为明显的场景中并没有较为有效的探测器解决方案。而在工程应用中，随着收发端之间相对位置的变化，会导致进入探测器窗口的光功率发生变化。在低光强区域适用的高灵敏度探测器一旦进入光功率(光信号功率)较高的区域便无法正常工作甚至造成永久性损坏。为了使光通信系统和光探测系统具有更大的适用范围，特别是针对水下动态光信道环境的应用场景，亟需开发一款光照强度自适应的光学接收端。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，为光学通信、光学探测等领域提供一种光照强度自适应的光学接收端及方法。该接收端以高灵敏探测器(PMT、MPPC等)为核心探测器，通过增加附属装置令其能在光信号较强和较弱的多种环境中工作。

本发明一方面提供了高灵敏探测器暴露在强光下时能够对其进行保护的滤光装置，其能根据输入的电信号实时调整透光率。

本发明另一方面提供了一种以探测器输出为信号来源的自适应滤光装置。

所述装置包括：高灵敏光电探测器、附加光电探测器、可调滤光装置以及附属的控制器单元。其中高灵敏光电探测器固定安装于可调滤光装置后方，光线需透过可调滤光装置后才可到达高灵敏光电探测器；附加光电探测器应根据系统实际需要确定是否安装以及是否安装于可调滤光装置后方。

所述附属控制单元按控制逻辑不同可分为开环控制方案和闭环控制方案两类，其主要部件包括：信号分支器、峰值检测器、开环/闭环控制器、滤光片控制器。

本发明中，所述高灵敏光电探测器包括但不限于光电倍增管(PMT)、多像素光子计数器(MPPC)、单光子雪崩二极管(SPAD)、雪崩观点二极管(APD)等高灵敏度探测器。

本发明中，所述可调滤光装置包括但不限于采用LCD液晶光闸、电致变色体、悬浮粒子显示装置、热致变色体、各种形式的空间光调制、以及机械部件等可以实现遮挡、部分遮挡光路的装置。