[发明专利]使用垂直腔面发射激光器的自由空间光学通信的光束锁定

说明书

使用垂直腔面发射激光器阵列的自由空间光学通信系统的光束锁定。该方法包括：将通信光束从第一自由空间光学单元的光源传输至布置在第二FSO单元附近的检测器，第二FSO单元具有反射元件；将一个或多个对准光束从光源传输至第二FSO单元；从一个或多个反射元件反射一个或多个对准光束或其一个或多个部分；在光传感器处检测所反射的一个或多个对准光束或其一个或多个部分；以及基于对所反射的一个或多个对准光束或其一个或多个部分的检测来确定第一FSO单元是否与第二FSO单元对准，或者至少一个通信光束是否受到一个或多个环境条件的影响。

技术领域

本公开通常针对使用垂直腔面发射激光器以在自由空间光学通信系统中保持光学对准的自由空间光学通信系统和方法。

背景技术

现有的数据传输技术主要依赖于在网络节点和无线光学通信系统之间延伸的物理连接（例如，光纤电缆）。无线光学通信系统具有吸引力，因为它们避免了与安装和维护物理连接相关的成本。自由空间光学通信系统通过自由空间（露天）传播光来无线传输数据。典型的自由空间光学通信系统包括最少两个单元，它们都配备有建立用于双向通信的分离光束的激光器和检测器。然而，由于振动、热膨胀、天气和/或其他因素，室外网络中的发射器和接收器单元可能在机械上不稳定。因此，在发射器和接收器之间保持恒定的视线连接对于避免FSO链路故障或降低的链路预算至关重要。至少部分地依赖于发射器和接收器之间的通信装置的有源反馈环路目前用于保持FSO链路预算质量。接收器处的有源传感器检测光束或光束的一部分，并且可以基于经由有源反馈环路提供的信息来重新调整光束。不幸的是，有源反馈环路可能是昂贵和复杂的。另外，接收器处的有源传感器需要在某个边界内进行校准和清洁。此外，具有发射器的通信基础设施具有低延迟链路。

因此，在本领域中存在对不需要有源传感器的廉价且更简单有效的无线光学通信系统和方法的持续需要。

发明内容

本公开针对用于自由空间光学（FSO）通信的发明系统和方法，特别针对在不使用有源反馈环路的情况下保持发射器和接收器之间的恒定视线连接以避免FSO链路故障。本文公开的系统包括在接收器侧的无源光学材料和在发射器侧的智能元件，该智能元件有助于保持FSO单元之间的传输路径。无源光学材料包括布置在目的地（目标）处的逆反射部件，以将一个或多个对准光束的至少一部分反射到位于发射器附近或发射器处的光传感器。一个或多个对准光束的反射光（以及不存在反射光）提供用于调整光束的一个或多个操作参数和/或激活一维或二维VCSEL阵列的其他像素的信息，以保持发射器和接收器之间的恒定视线连接，以避免FSO链路故障。关键的是，用于通信链路的一个或多个VCSEL光束与用于对准光束的一个或多个VCSEL光束分离。因此，一旦对发射器和接收器之间的通信光束实现了光束锁定，就可以保持良好的链路预算，而不需要有源光束操控或来自接收器的有源贡献。此外，与包括有源反馈环路的系统和方法相比，基于反射光信号来保持良好的链路预算更快且更可靠。

通常，在一个方面，提供了一种用于在自由空间光学通信系统中保持光学对准的方法。该方法包括以下步骤：将至少一个通信光束从第一自由空间光学单元（FSO）的光源传输至布置在第二FSO单元附近的检测器，第二FSO单元具有一个或多个反射元件；将一个或多个对准光束从光源传输至第二FSO单元；从一个或多个反射元件反射一个或多个对准光束或者一个或多个对准光束的一个或多个部分；在光传感器处检测所反射的一个或多个对准光束或者一个或多个对准光束的一个或多个部分；以及基于对所反射的一个或多个对准光束或者一个或多个对准光束的一个或多个部分的检测，确定第一FSO单元是否与第二FSO单元对准，或者至少一个通信光束是否受到一个或多个环境条件影响。

根据实施例，该方法还包括基于一个或多个对准光束被一个或多个反射元件反射来确定第一FSO单元与第二FSO单元对准。该方法还可以包括基于一个或多个对准光束的一个或多个部分未被一个或多个反射元件反射来确定第一FSO单元未与第二FSO单元对准。