用于自由空间光传输系统的利用全息光学元件的内反射装置和方法

专利名称：用于自由空间光传输系统的利用全息光学元件的内反射装置和方法
技术领域：
本公开内容一般涉及无线通信系统，特别是(但不仅是)涉及用于自由空间光传输系统的利用全息光学元件(HOE)的内反射装置和方法。
背景随着广域网(例如互联网和/或全球网)的不断普及，网络的增长和业务量近年来已呈爆炸趋势。网络用户不断要求更快的网络，由于网络的需求不断增加，现有网络的基础结构和技术已达极限。
对现有硬线或光纤网络解决方案的替换方案是使用无线光通信技术。无线光通信技术利用光束，例如激光作为光通信信号，因此不需要在各位置之间进行电缆或光纤布线。将数据或信息编码到光束中，然后从光发射器通过自由空间发送到光接收器。
在基本水平上，典型的光接收器基本上是一个具有许多元件的望远镜，包括关联的电子电路以便解调光束上的数据并进行其它处理。由于这些光接收器有许多部件，它们的总体尺寸或“占地面积”增大。增大的占地面积在需要以不显眼的方式安装此装置时就十分不利。
举例来说，大多数“通过窗口”的光通信装置(例如光接收器)的问题是它们会占用窗口空间。光接收器的收集器孔径越大，能收集的光功率就越多，但却以空间为代价。光接收器的大体积会明显地不希望有地遮断窗口，从而遮断了阳光或美丽的景色。
这些光接收器的大体积使它们也很重。增大的重量要求这些光接收器有牢固的结构支撑，并使它们难于安装、移动或重新定位。这些光接收器的大量部件也使它们的总成本增加，包括制造费用大量增加，因为光接收器的复杂性就不大可能采用价廉的大规模生产技术。
发明概述根据本发明的一个方面，一种装置包括具有前表面和后表面的元件。全息光学元件(HOE)设置成将光信号倾斜地导向所述元件的前表面和后表面之一、使光信号可以通过内反射在所述元件的前表面和后表面之间传播。
附图的简要说明现结合附图对本发明的非限制性和非详尽的实施例加以说明，附图中，除非另有说明，同样的标号在所有不同视图中代表同样的部件。


图1是说明根据本发明实施例的装置的配置的图片视图。
图2是图1装置的截面侧视图。
图3是更详细地说明图1-2装置的操作的部分截面侧视图。
图4是说明图1-2装置的操作的部分前视图。
图5是说明根据本发明实施例的用于图1-2装置的全息光学元件(HOE)的记录过程的示意图。
图6是说明根据本发明实施例的发射和接收光信号的装置的部分前视图。
图示实施例的详细说明现说明利用全息光学元件(HOE)的内反射装置和方法的实施例。在以下的说明中，给出了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。但本专业的技术人员应认识到，没有一个或多个所述细节，或用其它方法、元件、材料等也可实现本发明。在其它实例中，对于众所周知的结构，材料或操作没有作图示或详细说明，以免使本发明的各个方面模糊不清。
在整个此说明书中提到的“一个实施例”的意思是结合实施例所说明的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。所以，在本说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”并不一定指同一个实施例。而且，这些具体特征、结构或特性可以以任何适当的方式组合在一个或多个实施例中。
总的来说，本发明的实施例提供一种装置，所述装置可以作为自由空间通信系统中光接收器的一部分。所述装置可以是用于窗口空间很受重视或很珍贵的客户房屋中的不显眼的光收集器装置。所述装置很轻，对眼睛很安全，而且足够大，可以收集足够的信号光。与其它类型的光接收器不同，根据本发明实施例的装置允许背景可见光通过，从而从接收光信号的光检测器滤除背景可见光。
这样，本发明的实施例提供一种具有足够大孔径的装置，它不像其它光接收器那样浪费窗口空间。可见光能透射过它。本发明的一个实施例，例如通过使用夹在玻璃板之间的全息元件(HOE)，在收集所需光信号的同时提供可见光的通路。HOE有效地衍射近红外(IR)光(例如用于通信的光信号)，并将其转弯、使得光信号不能逸出玻璃板之一，而是通过全内反射在所述玻璃板中传播。由于可见光的衍射小于IR光，所以可见光通过玻璃板逸出。
首先参考图1，总的以标号10表示的是根据本发明实施例的装置。具体地说，图1是示出装置10的配置的图片视图。装置10安装在靠近窗玻璃12处。由图1可见，装置10基本上不显眼但仍有相对较大的光收集区。而且，装置10可通过可见光，这样就可以通过装置10看见窗玻璃10对面的景色。
图2是图1装置的截面侧视图。装置10包括第一元件14和第二元件16。第一元件14和第二元件16可以由玻璃材料(例如BK-7玻璃或其它玻璃)、塑料材料或其它透明材料制成。第一元件14的位置面对来自自由空间光通信系统的光信号18(图1中以多条光线代表)。在进行图1所示的配置时，可以把第一元件14设置在窗玻璃12上来接收光信号18。
第二元件16具有邻接第一元件14的第一表面20(例如前表面)并且具有第二表面22(例如后表面)。在一个实施例中，包括其上记录有干涉图样的全息材料24的HOE设置在第一元件14和第二元件16的第一表面20之间。在另一实施例中，全息材料24可以设置在第二元件16内。在又一实施例中，全息材料24可设置在第二元件16的第二表面22上。
图3是部分截面侧视图，更详细地说明图1-2装置的操作。光信号18通过第一元件14，由记录在全息材料24上的干涉图样26接收。根据本发明的一个实施例，干涉图样26包括部分衍射全息图。这样构成干涉图样26、以便倾斜地将光信号18衍射到或引导到第二元件16的第二表面22。
适当选择将光信号18衍射到第二表面22的角度，光信号18就可通过全内反射在第二表面22和第一表面20之间传播。根据本发明的实施例，可以根据全内反射“临界角”的值以42度或更大的角度y(从水平面向下测量)将光信号18的光线导向第二表面22。对衍射角范围作这样的选择可防止光信号18的光线只是以水平方向通过第二元件16，而是使光线在第一表面20和第二表面之间被内反射。在一个实施例中，获得全内反射所需的适当角度由第二元件16所用的材料以及邻近第二表面22的材料所决定。
在全息材料24设置在第二元件16内的实施例中，干涉图样26可以包括透射全息图或反射全息图。如果在所述实施例中，干涉图样26包括透射全息图，则干涉图样26以适当的临界角y将光信号18衍射到第二元件16的第二表面22。但如果在所述实施例中，干涉图样26包括反射全息图，则干涉图样26以适当的临界角y将光信号18反射到第二元件16的第一表面20。一旦被衍射或反射到第二元件16的适当表面，光信号18就可通过全内反射在第一表面20和第二表面22之间传播。
在全息材料24设置在第二元件16的第二表面22上的实施例中，干涉图样26可以包括反射全息图。在这些实施例中，光信号18通过第二元件16，直到到达干涉图样26。这时，干涉图样26的结构是以临界角将光信号18反射到第一表面20。然后光信号18通过全内反射在第一表面20和第二表面22之间传播。
如图3所示，对于全息材料24设置在第一表面20上且干涉图样26包括衍射全息图的实施例，光信号18被反射两次(例如在第二表面22的反射区28和在第一表面20的反射区30被“弹回”)。能影响“弹回”次数的因素是第二元件16的厚度。第二元件16的厚度减小，反射次数增加。而且，应当指出，通过第二元件16(通过全内反射)的光信号18的光线正在会聚，而会聚情况能够根据HOE的记录图形加以设计和控制。所以，如图2所示，光信号18的光线到达靠近第二元件16端面34的会聚点32。
实际上，装置10的实施例是一个色散装置。进入装置10的接收孔径的背景光(例如入射到第一元件14上的光)当它通过装置10时被色散，除了一定波长的被干涉图样26衍射的光信号18。也就是，光将基本上通过第二元件16，除非它具有设计成由透射图形26衍射的某一波长范围。可以在干涉图样26的记录过程中预定或选择被衍射的某些波长的光以及可以通过的另一些波长的光，这将在后面说明。
再参考图2，光检测器电路36的工作是接收已通过第二元件16反射的光信号18。在一个实施例中，光检测器电路36包括大芯线光纤(例如，芯线直径为1-2mm)，其端面区位于靠近会聚点32的端面34。可以调整光纤末端的表面区使其偏离水平面大约14度、以便直接面对并接收靠近会聚点32的光线。光纤又耦合到光处理电路和提取已调制到光信号18上的数据的其它元件(未示出)上。在另一实施例中，光检测器电路36可以包括光敏器件，例如光电二极管、光电晶体管、PIN检测器、雪崩光电二极管、电荷耦合器件或其它光检测器，这些光敏器件设置在靠近会聚点32处，从而减少或不需使用光纤。
装置10还可以包括涂层38(例如黑色涂层或其它不透明涂层)以覆盖第二元件16的边缘表面(例如除第一表面20和第二表面22以外的表面)。涂层38也可覆盖第一元件14的边缘表面。涂层38防止光通过装置10的侧面/边缘进入然后进入光检测器电路36。实际上，涂层38使装置10处于“黑暗中”，除了通过其孔径进来的光。
装置10的一个实施例还可以包括耦合棱镜40，耦合棱镜40设置在邻近第二元件16的第一表面20处。耦合棱镜40获得在第一表面20和第二表面22之间传播的光信号18的一部分。例如，控制图3中耦合棱镜40和靠近反射区30的第二元件16的第一表面20之间的间距量，在反射区30的一部分光信号18就可由耦合棱镜40获得。调节耦合棱镜40和第一表面20之间的间距量，就可增加或衰减在反射区30获得的光量。
耦合棱镜40耦合到能利用所获得的部分光信号18作辅助处理的装置上。例如，可以耦合到位置检测器42，位置检测器42从耦合棱镜40接收部分光信号、然后根据所获得的部分光信号18提供定向信息。位置检测器42的一个合适的实例是可用于跟踪目的的象限单元检测器。
在一个实施例中，耦合棱镜40可用于自动增益控制目的或光信号18的其它功率/幅度控制。例如，增加耦合棱镜40和反射区30处第一表面20之间的间距，就可增加到达光检测器电路36的光量。反之，减少耦合棱镜40和反射区30处第一表面20之间的间距，就可减少到达光检测器电路36的光量，包括使耦合棱镜40与第一表面20齐平(接触)而基本上防止任何光线到达光检测器电路36。
应当指出，图2中耦合棱镜40设置在装置10的下部1/4处，全息材料24终结在此处。全息材料24的长度选择为防止从第二表面22的反射区28反射的光信号18入射其上(例如靠近反射区30)。由于没有内反射的光入射到全息材料24的干涉图样26上，所以从干涉图样26衍射的光就不会受干扰。
装置10的实施例还可以包括透明薄膜44以覆盖第二元件16的第二表面22。薄膜44可由例如透明塑料等材料制成。空气空间或空气间隙46将薄膜46和第二表面22分隔开。薄膜46保护第二表面22不受灰尘、污垢、污迹等的影响，这些都会影响内反射光。空气间隙46的存在确保第二表面22与这些可能停留在薄膜44上的污染物完全隔离，因而保持第二表面22透明和不失真，用于内反射目的。
图4是进一步说明装置10的一个实施例操作的前视图。更具体地说，图4示出记录在全息材料24上的干涉图样26如何衍射光信号18。通过内反射，光信号18最终会聚在第二元件16的端面34附近的会聚点32处。
图4还示出装置10可以具有美观的形状，例如椭圆形或半圆形。装置10的孔径的示例直径可以在2和24英寸之间，但根据具体应用也可使用其它尺寸的孔径。下面将指出，装置10可具有不同于图4所示的形状，且在其它实施例中也可具有不同尺寸的孔径。装置10的总厚度，举例来说，大约为3cm到1mm。就是说，装置10的一个实施例几乎是平的，不显眼的，这样使其适合于窗口安装，因窗口可能需要在装置10上面拉上百叶窗或窗帘。这种窄形式因素加上比较大的孔径使装置10很轻，但又能收集足够的光，并不显得占用了许多窗口空间。
图5是说明根据本发明的实施例的装置10的HOE的记录过程48的示意图。记录过程48可用来在全息材料24上构建作为衍射光栅或衍射全息图的干涉图样26。在干涉图样26包括反射全息图的实施例中，本专业技术人员得益于本公开内容后就能理解如何记录全息图就可使干涉图样26反射具有适当临界角的光信号，而不是衍射光信号。所以对反射全息图的记录过程在此不再作详细说明。
在一个实施例中，构建和回放的波长相同，例如在488nm或在514nm。下面将指出，这些波长只是说明性的，在各种其它实施例中波长范围可在大约350nm到850nm之间。虽然这个在相同波长进行记录和回放的“单步骤”过程提供简单的优点，但在一个实施例中所提供的HOE也可以在不同于记录波长的波长下回放。例如，记录波长是488nM，而回放波长(例如光信号18的波长)为785nm，850nm，或1550nm。在一个实施例中，回放的光信号18可以包括激光等。
在记录和回放波长不以大百分比变化的一个实施例中可以获得HOE较好的性能。但在这两个波长之间有很大变化的情况下，例如当回放波长为红外波长时，HOE的效率和焦点还是可以优化的。这是因为对于任何类型的衍射光栅，其衍射效率和光点大小(例如焦点)都是可以计算的。
如图5所示，记录过程48首先涉及在第二元件16的前表面20上加全息材料24(作为记录过程48的衬底)。各种类型适合的混合物都可用作全息材料24，包括各种乳胶材料。在一个实施例中，用重铬酸盐明胶材料作全息材料24。可以按本专业技术人员已知的比例与重铬酸盐混合的适用的明胶类型实例由位于Paradise City，Utah的Ralcon Development Lab设计，由位于Sioux City，Iowa的kind& knox Gelantine，Inc.，在其光学明胶的GelitaTM生产线下制造，型号7644，批号2。在另一实施例中，可以使用具有低收缩特性且不需要加热的光学聚合物材料。这种光学聚合物材料的实例是产品号HRF-600X113-6*0.5GB/TRANS，可由DuPont Holographics，Experimental Station，P.O.Box 80352，Wilmington，DE 19880-0352购得。可在开始记录过程48之前，在全息材料24上加一层防光晕层(未示出)。
然后，将两个光束50和52导向全息材料24。光束50(例如基准光)垂直入射到第二表面22并通过第二元件16到全息材料24。光束52先通过空间滤光器或透镜54，将光束52聚焦到针孔56上。光束52从针孔56发散，入射到第二元件16的端面34上，如图5所示，在一个实施例中，可以将端面34修成斜面、使得它从垂直方向测量具有角度x。
然后光束52通向全息材料24。凡是光束50和52在全息材料24上重叠的地方，在全息材料24上所述位置的干涉就被记录作干涉图样26。在一些实例中，由于在装置10的一个实施例中所用的大衍射角，衍射效率可能与极化有关。增加全息材料24的厚度在近-Bragg匹配条件下可以改善对极化的依赖关系。记录了干涉图样26之后，去除防光晕层。将第一元件14粘接到或用其它方法固定到全息材料24上使之密封。
图6是说明根据本发明一个实施例的能发射和接收光信号的装置58的部分前视图。装置58可以包括与前述各图和说明中类似的元件。这些类似元件可以包括HOE，用来从自由空间通信系统接收光信号，并将光信号导向第二元件的一个表面，使光信号能通过全内反射在第二元件中传播，还可以包括沿边缘的涂层、光检测器电路等等。图6所示的实施例与上述实施例之间的区别在于装置58既可发射又可接收。
装置58包括第一全息材料60，其上记录有第一干涉图样62，一起构成第一HOE。所述第一HOE在位置、结构、配置、记录构成、操作、形状以及其它特性等方面均类似于用来接收光信号18并引导光信号18以全反射方式传播，最终由光检测器电路接收的前述HOE。
位于第一HOE邻近的是第二HOE，它包括第二全息材料64，其上记录有第二干涉图样66。在一个实施例中，第二HOE可以用“双目镜”方式设置在第一HOE附近，如图6所示。下面将指出，这种设置仅仅是说明性的，第二HOE可以相对第一HOE设置在装置58上的其它位置上。第一和第二HOE可以设置在同一平面上(例如在平面配置中)，或设置在不同平面上(例如，第一HOE设置在一个元件的前表面上，而第二HOE设置在所述元件的后表面上)。根据第二HOE的具体位置，其干涉图样66可以是透射性的或反射性的。根据本发明的一个实施例，第二HOE基本上类似于第一HOE。也就是说，第二HOE可以用上述类似的材料和记录过程来创建。
可以参考图2的装置10的实施例来描述用于透射目的的装置58的操作，但装置10已作了更改，即将全息材料64和第二干涉图样66包括在内。首先，从位于靠近第二元件16的端面34的光源(例如激光器)发送另一光信号。所述光信号由光源以适当的临界角导向第二元件16的表面之一，使所述光信号能通过全内反射在第二元件16的第一表面20和第二表面22之间传播。其次，在第二元件16的表面之间传播的光信号到达第二干涉图样66并由第二干涉图样引导通过第一元件14并到达自由空间光通信系统。
在一个实施例中，第二干涉图样66可以通过第一元件14衍射光信号，例如，如果第二全息材料64设置在第二元件16的第一表面20上或在第二元件16内的话。在其它实施例中，第二干涉图样66可以通过第一元件14反射光信号，例如，如果第二全息材料64设置在第二元件16的第二表面22上或在第二元件16内的话。按照各种实施例，接收的和发射的光信号可以具有不同的波长，例如，接收波长是1550nm而发射波长为1625nm。
总之，装置10的一个实施例利用HOE收集某一波长光(例如光信号18)，而同时又通过具有其它波长的光，包括背景光。光信号18被所述HOE反射，并通过全内反射，被倾斜地引导、最终到达光检测器电路36。可以增加装置10的孔径尺寸而不显得占用了窗口空间，因为可见光仍可以通过。较大的孔径尺寸优于小的孔径尺寸，因为除了能收集更多的光之外，眼睛安全，闪烁等也可得到改善。对本发明图示实施例的上述说明，包括摘要中的说明，并非详尽无遗或是为了将本发明限制在所公开的精确形式。此处对本发明的实施例和实例所作的说明仅是说明性的，在本发明范围内可以作各种等效的改动，这一点本专业的技术人员应能了解。
例如，图1和图4中示出装置10为半圆形状，但根据诸如装饰设计、可用的窗口空间、窗玻璃12的形状、需要收集的光量等等因素，其它实施例可具有其它形状。此外，虽然此处将棱镜耦合器40(例如由玻璃或塑料制成)和位置检测器42描述为能够用于跟踪目的，但是，下面将指出，装置10的一些其它实施例并不需要跟踪。因此，对于这些实施例，就不需要安装或使用棱镜耦合器40和/或光检测器42。
可按照上述详细说明对本发明进行这些修改。在以下所附权利要求书中所用的条款不应认为是将本发明限制在说明书和权利要求书中所公开的具体实施例上，而是，本发明的范围完全由以下权利要求书所决定，所述权利要求书应按解读权利要求书的既定原则来解释。
权利要求
1.一种装置，它包括第一元件，通过该第一元件传递来自所述自由空间光通信系统的光信号；第二元件，它具有邻接所述第一元件的第一表面并且具有第二表面；以及全息材料，所述全息材料具有记录在其上的干涉图样、用于接收通过所述第一元件传递的所述光信号，这样构成所述干涉图样、以便使所述光信号射向所述第二元件的所述表面之一、以便使所述光信号能通过内反射在所述第二元件的所述第一和第二表面之间传播。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于记录在所述全息材料上的所述干涉图样包括一部分透射全息图。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述全息材料设置在所述第一元件和所述第二元件的所述第一表面之间，并且这样构成所述干涉图样、以便将所述光信号衍射到所述第二元件的所述第二表面。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述全息材料设置在所述第二元件内。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述全息材料设置在所述第二元件的所述第二表面上，并且这样构成所述干涉图样、以便将所述光信号反射到所述第二元件的所述第一表面。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述全息材料包括重铬酸盐明胶材料。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述全息材料包括光聚合物材料。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一和第二元件包括玻璃材料。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一和第二元件包括塑料材料。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括所述光检测器电路，所述光检测器电路连接到所述第二元件、以便接收通过内反射在所述第二元件的所述第一和第二表面之间传播的所述光信号。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于所述光检测器电路包括光纤，所述光纤设置在所述第二元件的除所述第一和第二表面外的另一表面上。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于所述光检测器电路包括光检测器，所述光检测器设置在所述第二元件的除所述第一和第二表面外的另一表面上。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括耦合棱镜，所述耦合棱镜设置在邻近所述第二元件的所述第一表面处、以便获得在所述第二元件的所述第一和第二表面之间传播的所述光信号的一部分；以及位置检测器，所述位置检测器连接到所述耦合棱镜上、以便根据所述耦合棱镜获得的部分所述光信号提供定向信息。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于还包括耦合棱镜，所述耦合棱镜设置在邻接所述第二元件的所述第一表面处、以便获得在所述第二元件的所述第一和第二表面之间传播的所述光信号的一部分，其中所述耦合棱镜和所述第一表面之间的空间可调、以便控制到达所述光检测器电路的光量。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括后涂层，所述后涂层覆盖所述第二元件上除所述第一和第二表面外的其它表面并覆盖所述第一元件上不通过所述光信号的其它表面。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于这样选择所述全息材料的长度、以便防止从所述第二元件的所述第二表面反射的所述光信号入射到所述全息材料上。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述光信号具有近红外波长，这样构成所述干涉图样、以便倾斜地衍射具有所述波长的所述光信号，而同时基本上使具有其它波长的光(包括背景光)通过所述第二元件。
18.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括另一种全息材料，所述另一种全息材料上记录有另一种干涉图样、以便使在所述第二元件的所述第一和第二表面之间传播的另一种光信号通过所述第一元件并射向所述自由空间光通信系统。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于来自所述自由空间光通信系统的所述光信号和由所述另一种干涉图样引导到所述自由空间光通信系统的所述另一种光信号具有不同的波长。
20.一种装置，它包括元件，它具有前表面和后表面；以及所述全息光学元件(HOE)，所述全息光学元件设置成将所述光信号倾斜地射向所述元件的所述表面之一、以便使所述光信号能通过内反射在所述元件的前表面和后表面之间传播。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于还包括另一元件，所述另一元件设置在所述全息光学元件上并且通过所述另一元件将来自自由空间光通信系统的所述光信号传送到所述全息光学元件。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述全息光学元件包括全息材料，所述全息材料上记录有干涉图样、以便将所述光信号衍射到所述元件的所述后表面上。
23.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述全息光学元件包括全息材料，所述全息材料上记录有干涉图样、以便将所述光信号反射到所述元件的所述前表面上。
24.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述全息光学元件包括全息材料，所述全息材料上记录有干涉图样，它设置在所述元件的前表面上。
25.如权利要求20所述的装置，其特征在于还包括耦合到所述元件的光检测器电路，所述光检测器电路邻近会聚点以便接收在所述元件的所述前表面和后表面之间传播的所述光信号。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于还包括设置成邻接所述元件的所述前表面的耦合棱镜，所述耦合棱镜接收在所述元件的所述前表面和后表面之间传播的所述光信号的一部分，其中，所述耦合棱镜和所述前表面之间的空间可调、以便控制到达所述光检测器电路的光量。
27.如权利要求20所述的装置，其特征在于还包括耦合棱镜，所述耦合棱镜设置成邻接所述元件的所述表面之一、以便获得在所述元件的所述前表面和后表面之间传播的所述光信号的一部分；以及位置检测器，所述位置检测器耦合到所述耦合棱镜、以便根据所述耦合棱镜获得所述光信号的所述部分提供定向信息。
28.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述光信号具有某一波长，这样构成所述全息光学元件、以便衍射具有所述波长的所述光信号而同时使具有其它波长的光、包括背景光基本上通过所述第二元件。
29.如权利要求20所述的装置，其特征在于还包括涂层，所述涂层覆盖所述元件除所述前表面和后表面外的其它表面。
30.如权利要求20所述的装置，其特征在于这样选择所述全息光学元件的长度、以便防止从所述元件的所述后表面反射的所述光信号入射到所述全息光学元件上。
31.如权利要求20所述的装置，其特征在于还包括另一全息光学元件、以便使已在所述元件的所述前表面和后表面之间传播的所述另一种光信号射向自由空间光通信系统。
32.一种系统，它包括元件，它具有前表面和后表面；全息光学元件(HOE)，所述全息光学元件设置成能有角度的使从自由空间光通信系统接收的并具有调制在其上的数据的光信号倾斜地射向所述元件的所述表面之一、以便使所述光信号能通过内反射在所述元件的所述前表面和后表面之间传播；以及光检测器电路，所述光检测器电路耦合到所述元件、以便接收在所述元件的所述前表面和后表面之间传播的所述光信号并产生代表具有调制在其上的数据的所述接收的光信号的电信号。
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于所述光检测器电路包括光纤，所述光纤耦合到所述元件的除前表面和后表面外的另一表面。
34.如权利要求32所述的系统，其特征在于所述光检测器电路包括光检测器，所述光检测器设置在所述元件的除前表面和后表面外的另一表面附近。
35.如权利要求32所述的系统，其特征在于所述光信号具有某一波长，这样构成所述全息光学元件、以便将具有所述波长的所述光信号倾斜地衍射到所述后表面而同时使具有其它波长的光、包括背景光基本上通过所述元件。
36.如权利要求32所述的系统，其特征在于所述全息光学元件包括全息材料，所述全息材料上记录有干涉图样、以便将所述光信号反射到所述元件的所述前表面。
37.如权利要求32所述的系统，其特征在于还包括耦合棱镜，所述耦合棱镜设置成邻接所述元件表面之一、以便获得在所述元件的所述前表面和后表面之间传播的所述光信号的一部分；以及位置检测器，所述位置检测器耦合到所述耦合棱镜、以便根据所述耦合棱镜获得的所述光信号的所述部分提供定向信息。
38.如权利要求32所述的系统，其特征在于还包括耦合棱镜，所述耦合棱镜设置成邻接所述元件的所述前表面、以便获得在所述元件的所述前表面和后表面之间传播的所述光信号的一部分，其中，所述耦合棱镜和所述前表面之间的空间可调、以便控制到达所述光检测器电路的光量。
39.如权利要求32所述的系统，其特征在于还包括另一全息光学元件、以便将已在所述元件的所述前表面和后表面之间传播的另一种光信号射向自由空间光通信系统。
40.一种方法，所述方法包括从自由空间光通信系统接收光信号；以及通过使用全息光学元件(HOE)，倾斜地将所述光信号射向元件的前表面或后表面、以便使所述光信号可以通过内反射在所述前表面和后表面之间传播。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于还包括从所述元件的所述表面之一获得所述光信号的一部分；以及根据所述获得的所述光信号的所述部分提供定向信息。
42.如权利要求40所述的方法，其特征在于还包括通过改变所述耦合棱镜和对所述光信号进行内反射的所述元件的所述表面之一的区域之间的间隔来控制到达所述光检测器电路的光量。
43.如权利要求40所述的方法，其特征在于引导所述光信号的所述步骤包括利用所述全息光学元件的所述干涉图样将所述光信号衍射到所述元件的所述后表面。
44.如权利要求40所述的方法，其特征在于引导所述光信号的所述步骤包括利用所述全息光学元件的所述干涉图样将所述光信号反射到所述元件的所述前表面。
45.如权利要求40所述的方法，其特征在于还包括在会聚点附近接收借助内反射通过所述元件传播的所述光信号。
46.如权利要求40所述的方法，其特征在于倾斜地引导所述光信号的所述步骤包括将具有某一波长的所述光信号倾斜地衍射到所述元件的所述后表面而同时使具有其它波长的其他光、包括背景光基本上通过所述元件。
47.如权利要求40所述的方法，其特征在于还包括利用入射到全息材料的两个干涉光波前来记录包括所述全息光学元件的一部分的干涉图样。
48.如权利要求40所述的方法，其特征在于还包括利用空气间隙将所述元件的所述后表面与一种薄膜隔开。
49.如权利要求40所述的方法，其特征在于还包括利用另一全息光学元件、使已在所述元件的所述前表面和后表面之间传播的另一种光信号射向所述自由空间光通信系统。
全文摘要
一种用于自由空间光通信系统的装置包括具有前表面和后表面的元件(16)。设置全息光学元件(24)以便接收来自自由空间光通信系统的光信号(18)并使具有某一波长的光信号倾斜地射向所述元件的表面之一、以便使光信号借助内反射在所述元件的前表面和后表面之间传播。所述内反射的光信号最终在光检测器电路处会聚并被接收。同时，具有其它波长的光、包括可见背景光都可通过所述全息光学元件，从而使所述装置看上去是透明而不引人注目的。
文档编号G02B5/18GK1518673SQ02812356
公开日2004年8月4日 申请日期2002年2月22日 优先权日2001年6月20日
发明者R·M·皮尔斯, C·H·弗拉多维奇, N·E·布拉特, R M 皮尔斯, 布拉特, 弗拉多维奇 申请人:特拉比姆公司