[发明专利]一种基于自加速光束的短距自由空间光互连系统

说明书

本发明公开了一种基于自加速光束的短距自由空间光互连系统，包括第一收发端模块、自由空间链路模块和第二收发端模块，第一收发端模块通过自由空间链路模块与第二收发端模块光互连；自由空间链路模块包括第一光准直器、第一相位型空间光调制器、第一透镜、障碍物、第二透镜、第二相位型空间光调制器和第二光准直器；第一相位型空间光调制器与第二相位型空间光调制器分别加载反转互补的自加速光束调制相位模板而对自加速光束进行调制与解调，以完成绕过障碍物的非视距光互连。本发明利用自加速光束的自由空间弯曲传输轨迹，完成三维非视距光互连，并且通过调整加载于相位型空间光调制器上的相位模板，灵活操控自加速光束的传输轨迹来完成重构互连。

技术领域

本发明属于三维短距全双工光互连领域，尤其是指一种基于自加速光束的短距自由空间光互连系统。

背景技术

近年来，随着5G通信、大数据、云计算、物联网等技术的兴起，爆发增长的数据流量对数据互连系统的容量提出了越来越高的要求。与此同时，传统短距电互连由于其固有物理特性所带来的延迟、信号带宽、电磁干扰、功耗等局限性逐渐显现。

在这种背景下，以光波作为传输载波的短距光互连技术，以其大带宽、低延迟、低功耗、低串扰、高互连密度等优良特性受到了广泛关注，并随之提出了一系列的具体实现方案，主要可分为基于波导结构的光互连方案与自由空间光互连方案，而后者由于可以提供三维灵活互连以及更高的互连并行度受到了研究者们的青睐。然而早期的自由空间光互连架构中受限于激光的高指向性，收发机之间需要极其严格校准以保证视距互连距离，自适应调节手段的缺失极大地限制了自由空间光互连技术的进一步发展。

因此波束成型技术应运而生，其采用空间光调制器、微机电反射镜等辅助器件来完成对光束传输方向的自由操控，该技术的产生既解决了自由空间光互连系统中收发两端的精确对准问题，更为灵活可重构光互连带来了可行性。迄今为止，研究者们已对基于波束成型技术的自适应自由空间光互连展开了广泛的理论研究与实验演示。然而这种波束成型技术由于采用了传统高斯光束作为传输载体，所以高斯光束的传输轨迹为直线型，使得当自由空间链路中出现障碍物遮挡时，光互连会遭到中断，即高斯光束无法完成三维非视距互连。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种基于自加速光束的短距自由空间光互连系统。本系统采用了自加速光束替代了传统高斯光束作为光互连中的传输载波，利用自加速光束具有弯曲自加速轨迹的特性，可以完成三维非视距光互连，并且在收发端采用两块完全相同的相位型空间光调制器对称地完成自加速光束的调制与解调，可实现上下行不同波段相同弯曲轨迹的波分复用全双工光互连，重构灵活。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种基于自加速光束的短距自由空间光互连系统及其控制方法，包括第一收发端模块、自由空间链路模块和第二收发端模块，所述第一收发端模块通过自由空间链路模块与第二收发端模块光互连；所述自由空间链路模块包括第一光准直器、第一相位型空间光调制器、第一透镜、障碍物、第二透镜、第二相位型空间光调制器和第二光准直器，所述第一光准直器与第二光准直器将光纤出射的光束准直为高斯光束进入自由空间链路模块传输以及将高斯光束耦合进光纤进行接收探测；第一相位型空间光调制器与第二相位型空间光调制器分别加载反转互补的自加速光束调制相位模板而对自加速光束进行调制与解调，以完成绕过障碍物的非视距光互连。

作为一种优选的方案，所述第一收发端模块和第二收发端模块设为多个，第一收发端模块和第二收发端模块同时通过平行发射高斯光束分别入射于第一相位型空间光调制器和第二相位型空间光调制器进行相位调制，形成多路并行的光互连。

作为一种优选的方案，当障碍物或第一收发端模块和第二收发端位置发生改变时，通过重新设计加载于第一相位型空间光调制器与第二相位型空间光调制器上的相位调制模板，控制在第一透镜与第二透镜间的自加速光束的轨迹而完成重构光互连。

作为一种优选的方案，所述第一透镜与第二透镜的焦距相同，以组成4f成像系统。