用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元的制作方法

本发明涉及一种用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元，属于无线光通信技术领域。

背景技术：

近距离无线光通信技术是一种采用光波作为信号的载体，在近距离范围内实现大体积文件如视频等数据无线传输的技术，用于移动设备之间在小范围内随处高效无线传输大数据量信息。

现有典型的近距离无线光通信系统依次由信号编码及驱动模块、光源、发射光学系统、接收光学系统、光电探测器以及信号解码模块组成。所述接收光学系统、光电探测器以及信号解码模块构成近距离无线光通信系统的接收模块，其中接收光学系统、光电探测器构成接收模块的光电接收单元。在近距离无线光通信系统工作过程中，信号编码及驱动模块发出编码电信号，由该编码电信号驱动光源发光，此时由光源发出的光作为光载波传送通信信号，所述光载波由发射光学系统压缩束散角后进入大气信道向接收模块传输；接收光学系统将接收到的光载波聚焦到光电探测器光敏面上进行光电转换，再经信号解码模块处理得到所传送的通信信号。

所述的接收光学系统也就是光学天线由多块菲涅耳透镜粘合而成，见申请号为200910235096.9、名称为“可见光发光二极管无线通信光接收天线”的中国发明专利申请，该方案能够压缩接受光学系统与光电探测器之间的距离，且重量不增加，这样的接收模块更适合近距离无线光通信系统的移动使用方式。

所述光电探测器采用高速光电探测器，其光敏面较小，因此灵敏度较低，需要由接收光学系统将光束聚焦成较小的光斑，以接收到更多光能，提高灵敏度。

所述现有技术由于接收光学系统与光电探测器相分离，因此需要装调且难度较大；接收的光能有所损失。

技术实现要素：

为了免去近距离无线光通信系统中的接收模块中的光电接收单元的装调工序，减小出现在光电接收单元的光能损失，我们发明一种用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元，将接收光学系统与光电探测器集成为一体，不仅实现了发明目的，还进一步减小了近距离无线光通信系统中的接收模块的体积。

本发明之用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元包括接收光学系统和光电探测器，其特征在于，如图1、图2所示，接收光学系统是一个自聚焦透镜1，所述自聚焦透镜1呈圆柱状，自聚焦透镜1的像方焦点位于光轴与自聚焦透镜1出光面的交点上；光电探测器2的感光面与自聚焦透镜1的出光面相贴附，自聚焦透镜1光轴垂直于所述感光面并与该感光面几何中心相交；所述自聚焦透镜1其折射率n的渐变规律由下式确定：

式中：n0表示自聚焦透镜1的中心折射率，r表示自聚焦透镜1的半径，a表示自聚焦透镜1的折射率分布常数。

本发明其技术效果在于：1、只要光电探测器2的感光面与自聚焦透镜1出光面密切贴合，感光面的几何中心与自聚焦透镜1的光轴相交，该光电接收单元就能正常工作，无需进行其他光学装调；2、由于光电探测器2与自聚焦透镜1零距离接触，构成集成自聚焦光电接收单元，因此，不会发生因空气介质的存在而造成光能损耗。

本发明带来的附带技术效果包括，减小了光电接收单元的体积和重量，提高了光电接收单元的可靠性和寿命，降低了光电接收单元的设计和加工成本。

附图说明

图1为本发明之用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元结构及连续自聚焦光路主视示意图，该图同时作为摘要附图。图2为本发明中的圆柱状自聚焦透镜结构俯视示意图。图3为本发明中的自聚焦透镜折射率连续分布曲线坐标图。图4为本发明之用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元结构及梯度自聚焦光路主视示意图。图5、图6分别是具有回转凹曲面、回转凸曲面入射面功能层的本发明之用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元结构及连续自聚焦光路主视示意图。

具体实施方式

在本发明之用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元中，自聚焦透镜1的折射率渐变方式有两种，一种方式为连续变化，如图1、图3所示，该自聚焦透镜1系由折射率连续递减的系列涂液自里向外涂刷而成，如图2所示，所述的系列涂液通过电子极化率高、扩散系数大的1价离子在高温状态下替换不同数量的电子极化率低的离子配制而成；另一种方式为梯度变化，如图4所示，该自聚焦透镜1系由折射率梯度递减的系列等厚镜体嵌套而成，所述的系列等厚镜体采用系列光学塑料制作而成。

在本发明之用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元中，如图1、图4～6所示，光电探测器2镶嵌在基板3中，光电探测器2的感光面与基板3的上表面以及自聚焦透镜1的出光面呈一个平面。光电探测器2的光强电信号输出引脚4固定在基板3的下部。

在自聚焦透镜1中，入射信号光沿正弦轨迹传播，完成一个正弦波周期的长度被称为一个节距p；自聚焦透镜1的高度为¹/4p的奇数倍，如¹/4p或者³/4p。

在自聚焦透镜1的入光面胶合功能层5，如图5、图6所示，该功能层5入射面有两种方案，一种方案是回转凹曲面，如图5所示，如凹球面、回转凹高阶曲面，所述一种回转凹高阶曲面由下式确定：

式中：φ为旋转对称轴，s为上表面一点与光轴之间的径向距离，c为曲率半径的倒数，k为圆锥常数，a4、a6、a8…为第4、6、8…次非球面系数；回转凹曲面能够更大范围地接收信号光，如当回转凹高阶曲面为球面时，从球心的切面对称点a分别连功能层5入射面的边缘点，得到自聚焦透镜1的最大入射角，即两条连线的夹角α1。

所述功能层5入射面的另一种方案是回转凸曲面，如图6所示，该方案用于通信光来自点光源的情况，从点光源b分别连功能层5入射面的边缘点，得到自聚焦透镜1的最大入射角，即两条连线的夹角α2。

技术特征：

技术总结
用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元属于无线光通信技术领域。现有技术需要对光电接收单元进行装调，光电接收单元存在因空气介质引起的光能损失。本发明之用于近距离无线光通信系统中的集成自聚焦光电接收单元包括接收光学系统和光电探测器，其特征在于，接收光学系统是一个自聚焦透镜，所述自聚焦透镜呈圆柱状，自聚焦透镜的像方焦点位于光轴与自聚焦透镜出光面的交点上；光电探测器的感光面与自聚焦透镜的出光面相贴附，自聚焦透镜光轴垂直于所述感光面并与该感光面几何中心相交；所述自聚焦透镜其折射率N的渐变规律由下式确定：式中：N0表示自聚焦透镜的中心折射率，r表示自聚焦透镜的半径，A表示自聚焦透镜的折射率分布常数。

技术研发人员：倪小龙;姚海峰;董喆;刘智
受保护的技术使用者：长春光客科技有限公司
技术研发日：2017.07.13
技术公布日：2017.09.22