專利名稱：一種基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣紫外光通信相關(guān)領(lǐng)域，提出了 ー種基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置及方法。
背景技術(shù)：
紫外光在低空大氣存在日盲區(qū)和強烈散射作用，紫外光通信具有有效范圍性、全方位、全天候、非視距及抗干擾能力強等優(yōu)點，因此，紫外光通信特別適合于短距保密無線通信。隨著紫外探測器件的發(fā)展，紫外光通信技術(shù)倍受各軍事強國的青睞。紫外光通信是利用日盲區(qū)紫外光為傳輸載體，將數(shù)字信號信息加載到紫外光上來實現(xiàn)信息傳輸?shù)末`種新 型保密光通信技木。其中紫外通信發(fā)射裝置中的光源關(guān)系到整個系統(tǒng)性能的好壞，現(xiàn)有技術(shù)中的紫外光通信發(fā)射裝置中常采用脈沖氙燈、紫外激光器、紫外LED及低壓汞燈。脈沖氙燈把光能集中到瞬間釋放，能產(chǎn)生很大的發(fā)射功率。然而脈沖氙燈發(fā)射譜帶寬、可見光和紅外所占的比重大，紫外“日盲區(qū)”光譜發(fā)射效率低，而且該燈在發(fā)射裝置中調(diào)制速率須小于2kHz，限制數(shù)據(jù)傳輸速度。紫外激光器的高速率數(shù)據(jù)傳輸是其作為紫外光源的一大優(yōu)勢，但是紫外光在空氣中存在多路時間擴散，數(shù)據(jù)傳輸速率一般小于1MHz，從而限制了類似準分子激光器的高速調(diào)制激光器的應(yīng)用，同時紫外激光器的方向性較好，用激光器作紫外光源的傳輸系統(tǒng)較難完成全方位、非定向的空間信息傳輸，其本身功率小，而功率較大紫外激光的紫外激光器體積大，并且十分昂貴。紫外LED具有調(diào)制速率高、驅(qū)動電路易實現(xiàn)、易于實現(xiàn)陣列工作等優(yōu)點，是未來紫外通信系統(tǒng)最有可能采用的光源，但目前來說，其低發(fā)光功率和高昂的價格大大限制了其在紫外通信中的應(yīng)用，其中，單顆LED發(fā)光功率約為幾十微瓦。現(xiàn)有技術(shù)中采用紫外LED的紫外通信系統(tǒng)都為短距離系統(tǒng)。綜上所述，目前紫外通信發(fā)射裝置中存在發(fā)射效率低、數(shù)據(jù)傳輸效率低且價格昂貴，因此需要提供ー種紫外通信裝置，以克服上述缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置及方法，采用泡型無極低壓汞燈作為發(fā)射裝置的光源，使其具有高日盲紫外輻射功率、高光譜純度、高調(diào)制速率，實現(xiàn)長距離、高速率非視線信息傳輸。ー種基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置，包括泡型無極汞燈、拋物面反射鏡、束面壓縮鏡組、起偏器、電光晶體、信息加載單元、檢偏器及全方位覆蓋鏡；所述的泡型無極低壓汞燈放置于拋物面反射鏡的焦點處；束面壓縮鏡組、起偏器、電光晶體、檢偏器及全方位覆蓋鏡依次設(shè)置在拋物面反射鏡的出光ロー側(cè)；起偏器和檢偏器的偏振方向垂直；起偏器和檢偏器的偏振方向互相垂直；電光晶體受控于信息加載單兀。所述的束面壓縮鏡組由兩片凸透鏡組成；且兩片凸透鏡軸心線以及焦點均重合。
ー種基于無極紫外通信的信號發(fā)射方法，采用所述的基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置，首先設(shè)置起偏器的偏振方向為X方向,檢偏器的偏振方向為Y方向，其中，X方向與Y方向相差90° ;發(fā)射信號通過信號加載單元通過控制是否在電光晶體上施加電壓紫外光由泡型無極汞燈發(fā)出；當在電光晶體上外加電壓時，通過起偏器后的偏振光的偏振方向由X方向變?yōu)閅方向；在電光晶體上未施加電壓時,通過起偏器后的偏振光的偏振方向保持X方向不變；所述外加電壓為電光晶體的半波電壓，半波電壓是指光波在光晶體中傳播時，當光波的兩個垂直分量Ex和Ey的光程差為半個波長時所需要加的電壓，光程差為半個波長即對應(yīng)的相位差為180度；由此,通過檢偏器的光線的光強與發(fā)射信號對應(yīng)，實現(xiàn)基于紫外光的信號發(fā)射。 有益效果本發(fā)明提出了一種無極紫外通信發(fā)射裝置及方法，選用具有日盲紫外輻射功率大、光譜純度高、結(jié)構(gòu)緊湊的泡型無極低壓汞燈作為光源，光源波長固定，光譜唯一，該發(fā)射裝置和對應(yīng)的通信接收裝置無需針對多波長或波段進行設(shè)計，拋物面具有較好的準直性能，能夠?qū)崿F(xiàn)平行的紫外光輸出；由起偏器、電光晶體、信息加載、檢偏器組成的調(diào)制系統(tǒng)，只需給電光晶體施加信號即可完成紫外光信號的調(diào)制，調(diào)制速率可達IMHz以上，數(shù)據(jù)傳輸速率可達IOOKbps以上；本發(fā)射裝置中的全方位覆蓋鏡對紫外光信號進行發(fā)散，實現(xiàn)散射信號的全方位覆蓋，提高了發(fā)射裝置的調(diào)制速率、發(fā)射功率等，且該裝置結(jié)構(gòu)簡單、實用。


圖I是本發(fā)明ー種基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明泡型無極低壓汞燈結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進ー步的詳細描述。如圖I所示，無極紫外通信發(fā)射裝置包括拋物面反射鏡I、泡型無極低壓汞燈2、束面壓縮鏡組3、起偏器4、電光晶體5、信息加載單元6、檢偏器7、全方位覆蓋鏡8，其中束面壓縮鏡組由2個凸透鏡組成，第二塊凸透鏡的焦距小于第一塊的凸透鏡焦距。所有型號的無極低壓汞燈均可運用于本裝置，本實例中所選無極低壓汞燈主要輸出光波波長為254nm的“日盲區(qū)”紫外光。它把輸入燈的電功率的60%能量轉(zhuǎn)換為波長254nm的紫外光能量。本裝置使用200W泡型無極低壓汞燈，其參數(shù)為功率200W，254nm紫外輻射功率120W，平均壽命60000小吋。泡型無極低壓汞燈的規(guī)格如2圖所示，燈泡直徑SR為15cm,底座直徑D為8cm,高為23. 5cm。泡型無極低壓汞燈放置于拋物面反射鏡的焦點處；泡型無極低壓汞燈的紫外輻射光經(jīng)過拋物面反射鏡反射后成為平行光，然后通過束面壓縮鏡組實現(xiàn)光束面積的壓縮，設(shè)置起偏器的偏振方向為水平，設(shè)置檢偏器的偏振方向為垂直，電光晶體外加其對應(yīng)的半波電壓時，使線偏振光的偏振方向改變90度,不加電壓時不改變線偏振光的偏振方向；萊燈發(fā)出的光為非偏振光，通過起偏器之后的光為水平方向的偏振光，發(fā)射信號010101,信號控制加載單兀控制電光晶體，使得光的偏振態(tài)發(fā)生相應(yīng)改變，發(fā)射為O時，電光晶體外不施加電壓，則通過電光晶體后的光的偏振方向不發(fā)生改變?nèi)詾樗剑藭r沒有光通過垂直偏振方向的檢偏器，光強最小，對應(yīng)發(fā)射信息為O ;當發(fā)射為I吋，則電光晶體上施加電壓，使得通過電光晶體后的光的偏振方向發(fā)生改變，由水平變?yōu)榇怪?，此時有光通過垂直偏振方向的檢偏器，且其光強最大，對應(yīng)發(fā)射信息I;依此發(fā)射原理通過檢偏器的光的強度與發(fā)射信號一一對應(yīng)，最后攜帯信息的紫外光信號通過發(fā)散鏡發(fā)散實現(xiàn)全方位發(fā)射。
通過采用電光晶體，由于電光晶體的電光效應(yīng)，對偏振光信號能夠進行快速處理，提高了本裝置的調(diào)制速率，其通信速率為240Kbps，也得到了較大的提高。
權(quán)利要求
1.ー種基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置，其特征在于，包括泡型無極汞燈、拋物面反射鏡、束面壓縮鏡組、起偏器、電光晶體、信息加載單元、檢偏器及全方位覆蓋鏡；所述的泡型無極低壓汞燈放置于拋物面反射鏡的焦點處；束面壓縮鏡組、起偏器、電光晶體、檢偏器及全方位覆蓋鏡依次設(shè)置在拋物面反射鏡的出光ロー側(cè)；起偏器和檢偏器的偏振方向垂直；起偏器和檢偏器的偏振方向互相垂直；電光晶體受控于信息加載單兀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置，其特征在于，所述的束面壓縮鏡組由兩片凸透鏡組成；且兩片凸透鏡軸心線以及焦點均重合。
3.ー種基于無極紫外通信的信號發(fā)射方法，其特征在干，采用權(quán)利要求I或2所述的基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置，首先設(shè)置起偏器的偏振方向為X方向，檢偏器的偏振方向為Y方向，其中，X方向與Y方向相差90° ; 發(fā)射信號通過信號加載單元通過控制是否在電光晶體上施加電壓 紫外光由泡型無極汞燈發(fā)出；當在電光晶體上外加電壓時，通過起偏器后的偏振光的偏振方向由X方向變?yōu)閅方向；在電光晶體上未施加電壓時,通過起偏器后的偏振光的偏振方向保持X方向不變；所述外加電壓為電光晶體的半波電壓； 由此，通過檢偏器的光線的光強與發(fā)射信號一一對應(yīng)，實現(xiàn)基于紫外光的信號發(fā)射。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無極紫外通信的信號發(fā)射裝置及方法，該裝置包括無極汞燈、拋物面反射鏡、束面壓縮鏡組、起偏器、電光晶體、信息加載單元、檢偏器及全方位覆蓋鏡。所述的信號發(fā)射方法包括設(shè)置檢偏器和起偏器的偏振方向為互相垂直，利用對電光晶體施加電壓改變通過電光晶體偏振光的偏振方向，使通過檢偏器的光強與發(fā)射信號一一對應(yīng)，完成信號發(fā)射。采用本發(fā)明的裝置及方法進行信號發(fā)射具有日盲紫外輻射功率大、光譜純度高、結(jié)構(gòu)簡單清晰、調(diào)制速率高等優(yōu)點，適合長距離、高速率的非視線紫外光傳輸。
文檔編號H04B10/04GK102780524SQ20121028238
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者尹紅偉, 常勝利, 張海良, 楊俊才, 楊建坤, 賈紅輝, 陳寧 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)