[其他]离轴光通讯系统无效

专利信息
申请号: 87106047 申请日: 1987-09-02
公开(公告)号: CN87106047A 公开(公告)日: 1988-06-15
发明(设计)人: 埃英霍恩·阿瑟·J;鲁克·理查德·T;马罗姆·埃马纽尔 申请(专利权)人: 休斯航空公司
主分类号: H04B9/00 分类号: H04B9/00;G02B6/26
代理公司: 中国国际贸易促进委员会专利代理部 代理人: 刘建国
地址: 美国加利*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 离轴光 通讯 系统
【说明书】:

本发明一般涉及光通讯领域,更精确地说,涉及用于例如宇宙飞行器和万向支架系统中的提供偏离旋转轴的光通讯的改进的光旋转通讯系统。

过去几年诸如使用光纤信号传输的光通讯系统增加了。多年来面临的一个问题是光信号正对或偏离在一直被称为光旋转关节(rotary    joints)中的相对旋转装置的有效传输。这个问题存在于诸如宇宙飞行器,万向支架系统或导弹头中,它们的一部分相对其他部分转动。在这些情况下,和其他情况一样,通讯装置的设计通常包括一个与非转动装置同轴的转动装置,和在转动与非转动装置间的一个轴部件。

这一问题的解决办法包括在输入端把光信号转换成电信号,传到一个转动的电刷-滑环连接器,然后再把信号在连接器输出端转换回光信号。但是由于光电及电光转换引进了许多问题,如磨损及接触的完全性造成信号质量降低,有限的带宽,信号损失及噪声增加。也应用过光束波导,但产生了镜对不准,元件过大的问题。而元件尺寸直接与波长相关。

一种设计解决方案建议使用同轴光缆,如Marrone在美国专利№3,922,063“具有液体耦合的绞盘式安装的数据传输光缆”中所描述的,其中轴向相对对准的光窗口被接到光缆的端部。位于光窗口之间的是与光纤传输路径有同样光折射率的光学透明液体,以影响两根光缆间的光耦合,另一同轴耦合的例子由Henderson等人在美国专利№4,124,272“旋转光纤波导耦合”中讲授过。一对轴向对准的环圈中固定光缆的两个端部,该环圈被在其内端的支座固定在轴向位置,在一对装在两个可相对转动的壳体元件中的对准帽中。一对拧入壳体元件的固定套筒,加上环圈实现径向和轴向的定位。

但是同轴缆线的设计存在问题。转动元件的运动常常受到限制,要求的组件常常又重又大。在同轴光缆设计中遇到的一个主要问题是光缆端部对不准造成信号衰减。在同轴光缆中的横向对不准,端部分离,和角分离带来的问题在Dorsey的文章中得到进一步描述(“论光纤的旋转关节”,I、E、E、E、Transactions    on    Components,Hybrids,and    Mannfacturing    Technology,vol,CHMT-5,№,1,1982年3月)。

其他光旋转关节的设计包括在旋转轴外发射光信号的装置。例如Fitch在美国专利№,4,165,913“旋转光耦合器”中描述了一个装置,它不在转动元件和不转动元件的界面间发射信号,而用一根光纤绕在转动元件一个表面的外部,该表面不与不转动元件相对。该光纤的表面粗糙化,以使光信号通过光纤壁横向传输。位于转动元件外的邻近该光纤的一个固定的光探测器接收转动元件转动时通过光纤壁发出的信号。这个技术的主要问题是光纤侧面出来的散射光效率极低。

另一在旋转轴外提供光传输的光旋转关节在Iverson的美国专利№.4,027,945“光的滑环”中给出。信号通过光纤束射入转动元件,该光纤束以同心、环形束端形式终止于不旋转元件的对接面。在不旋转元件的对接面上,信号从旋转元件射入轴向对准的相应的同心环形束端。在转动元件和不转动元件中的不透明的包束层或包覆层起隔离每一道中的信号并维持光纤束形状的作用。很明显,与以前所述同轴光缆设计情况一样,对准问题在束的设计中仍然严重存在。

可以想象在空间技术应用中严酷的环境和重量限制的问题将带来更大的困难。因此在先有技术中仍需要提供一种用于外层空间和其它环境中的相对较轻的光通讯接头。

本发明的一个目的是提供一种改进的光纤旋转关节。

本发明的另一目的是提供一种光旋转关节,它在旋转轴外的转动和不转动元件的相对表面间发送光信号,从而使两元件间的轴部件可用于其他目的。

本发明的又一目的是把转动和不转动元件间的轴对准精度要求降到最低。

本发明还有一个目的是提供一种光旋转动光节,它既不受限于转动元件转动的范围,也不受限于其速度或加速度。

本发明还有另一目的是提供一种用于宇宙飞行器的具有可相对转动组件的轻型光通讯传输系统。

这些和其他一些目的通过在转动和不转动元件的相对表面之一上提供一个产生光信号的发射器来具体完成,发射器的位置偏离旋转轴,光信号以从发射点发散开的锥形通讯路径形式导向另一相对表面。在本发明的一个实施例中,只建立一个这样的通讯路径。在本发明另一较佳实施例中,则建立许多通讯路径。在上述每一实施例中,通讯路径在另一相对表面上提供了一个围绕转动轴360°的探测路径。用以接收信号的一个或多个探测器的探测区域位于探测路径上,其总面积比探测路径的总面积要小。

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