[发明专利]一点到多点自由空间无线光通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及自由空间无线光通信领域，更具体说，是涉及自由空间无线光通信系统使用的改进的光学望远镜。

背景技术

在无线光通信系统中，光信号是在自由空间传播的。与射频(RF)通信系统相反，光学无线通信系统有极强的方向性。因此，在发射单元与接收单元之间，要求精确对准，这常常分别指发射与接收的望远镜。但是，无线光通信系统的高度方向本性有利于改善安全性，因为光信号只能沿发射光路截接。此外，政府没有规定频谱的光学部分。所以不像可以类比的射频(RF)无线通信系统，需要政府批准才能使光发射器望远镜和接收器望远镜工作。更重要的是，光学无线系统的带宽或载运信息的容量，远大于RF无线通信系统。

因为无线通信系统在发射器和接收器之间不要求物理连接，所以无线光通信系统也优于以光纤为基础的光通信系统。在城市环境下，在两幢建筑物间安装物理连接，如安装光纤，是困难的，特别是当两幢建筑物间被一街道、另一幢建筑物、或一水体分隔时。无线光链路只要求在发射器与接收器之间一条无阻挡的路径，在城市环境下，无线光链路通常比物理链路更易得到。

图1画出常规的无线光系统100。如图1所示，常规的无线光系统100通常包括一发射望远镜110，用于形成瞄准接收望远镜120的发射光束115。通常，待发射的光信号从一半导体激光器始发，之后可能被光放大器放大。激光器的发射面(或激光耦合进的光纤)位于发射望远镜110的前焦面。通常用位于接收望远镜120焦平面的光检测器(或与光检测器连接的光纤)收集接收的信号。关于常规的无线光系统100更详细的论述，如见P.F.Szajowski，“Key Elements of High-Speed WDMTerrestrial Free-Space Optical Communications Systems，”SPIE PaperNo.3932-01，Photonics West(Jan.2000)，本文引用，供参考。

在许多无线光系统中，需要用单个发射望远镜与许多接收望远镜通信(常被称为“一点到多点”通信)，或用单个接收望远镜接收许多发射望远镜的信号(“多点到一点”通信)。但是，用常规的无线光系统，一点到多点的通信通常要求对每一光路用一专用的发射和接收望远镜。例如见PCT Application Serial Nos.PCT/US99/14710和PCT/US99/15973。因此，有必要使一点到多点的通信系统能用单个发射望远镜与许多分布的接收望远镜通信。

发明内容

一般说，相对于常规的设计，本文公开一种满足上述改善带宽、链路距离、和可靠性等目标的自由空间无线光通信系统。公开的自由空间无线光通信系统，使用具有非球面反射镜的望远镜设计，如Richey-Chetrien(RC)望远镜。RC望远镜的特征是一凹的主反射镜和一凸的副反射镜，每个都具有双曲线形状。

本发明提供一种反射镜配置，能使该主和副反射镜的位置比常规设计更紧靠一起，从而能实现一种非常紧凑的系统。本文公开的反射镜不用厚的大块玻璃制成。因此，这些反射镜薄且轻，为一种轻的望远镜单元创造条件。此外，由于本发明提供更大的焦平面，所以能用静止的或固定的反射镜设计，为发射器与接收器之间提供自动对准，进而降低制作成本。还有，这些反射镜能制作成大的直径，由于光束能量分布在大的面积上，能使高强度的光束以对眼睛安全的级别发射。

除别的优点以外，更大的焦平面允许把一n×n光纤阵列放在该RC光学望远镜的焦平面内，从而能用单个光学望远镜实现一点到多点的通信。发射望远镜的n×n光纤阵列的每一光纤，能够聚焦在无线光通信系统的不同的接收望远镜上。照此方式，n×n光纤阵列的每一光纤，在分开的路径上瞄准给定的接收望远镜发送光能量。同样，对多点到一点的通信系统，可以把n×n光纤阵列放在RC光接收望远镜的焦平面330内，n×n光纤阵列中每一光纤在分开的路径上从给定的发射望远镜接收光能量。

本文还公开若干制作技术，使本发明的光学望远镜能以合理的成本制作，以便在无线光通信系统中推广该种光学望远镜。

参考下面详细的说明和附图，可以对本发明并对本发明的性能和优点获得更完整的了解。

附图说明

图1是常规无线光通信系统的方框图；

图2按照本发明，画出可以用于图1所示无线光通信系统的Richey-Chetrien(RC)光学望远镜；

图3按照本发明，画出一种一点到多点的通信系统；和

图4画出图3的n×n光纤阵列的端视图。