一种适用于非视距散射通信的光电收发器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种适用于非视距散射通信的光电收发器件。
【背景技术】
[0002]非视距散射光通信这个概念自从被提出以后，立刻引起学术界的广泛注意，以及通信业持续的兴趣。它主要利用紫外的发光二极管光源，发光二极管发的紫外光作为信息的载体，通过大气多次散射通信信道，可以实现非视距无线光通信，相比于无线微波或射频接入有它不可替代的优势。
[0003]目前，基于紫外发光二极管非视距散射通信的方案主要利用锥形配光的发光二极管和光探测器作为信号的收发器；然而，非视距多次散射信道的衰落在几米-几公里的收发距离是10的负10次到10的负13次，因此，通过光学设计减小多次散射信道的衰落对于提高非视距散射通信的信噪比是很有意义的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种适用于非视距散射通信的光电收发器件，大大提高了信号强度。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种适用于非视距散射通信的光电收发器件，包括:复数颗发光二极管、置于所述复数颗发光二极管前端的发送端透镜、接收端透镜以及置于接收端透镜后端的光探测器；
[0007]其中，所述复数颗发光二极管通过发送端透镜向外发送具有椭圆形横截面的紫外光束；所述接收端透镜的接收视场角横截面为与所述发送端透镜发射紫外光束截面相匹配的椭圆形，具有椭圆形横截面的紫外光束通过该接收端透镜后射入光探测器中。
[0008]进一步的，所述椭圆形横截面的长短轴之比保持固定。
[0009]进一步的，所述椭圆形横截面的长短轴之比为2:1。
[0010]进一步的，所述光探测器包括:光电倍增管或者是雪崩光敏二极管。
[0011]进一步的，所述发光二极管的波长在260纳米到280纳米之间。
[0012]进一步的，所述发光二极管的主波长在460纳米到535纳米之间。
[0013]进一步的，所述复数颗发光二极管采用表面贴装工艺安装在陶瓷材质的矩形印刷电路板上。
[0014]由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过采用发送端的配光与接收端的视场分布都有椭圆形的横截面，来提高信号强度；仿真分析表明，在相同收发端视场立体角情况下，带椭圆横截面的光学系统可以比其他形状配光系统增加20-40%的信号强度。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0016]图1为本发明实施例提供的非视距散射通信实现方式的示意图；
[0017]图2为本发明实施例提供的发送端的发光二极管和配光透镜结构示意图；
[0018]图3为本发明实施例提供的发送端的配光透镜结构侧视图；
[0019]图4为本发明实施例提供的接收端的配光透镜结构示意图；
[0020]图5为本发明实施例提供的接收端的配光透镜侧视图；
[0021]图6为本发明实施例提供的采用蒙特卡洛仿真计算的三种不同的配光截面在不同的偏转角情形下的接收到的光子数；
[0022]图7为本发明实施例提供的采用蒙特卡洛仿真计算的三种不同的配光截面情形下的非视距散射通信信道的脉冲展宽。
【具体实施方式】
[0023]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0024]实施例
[0025]本发明实施例提供一种适用于非视距散射通信的光电收发器件；其主要包括:复数颗发光二极管、置于所述复数颗发光二极管前端的发送端透镜、接收端透镜以及置于接收端透镜后端的光探测器；
[0026]其中，所述复数颗发光二极管通过发送端透镜向外发送具有椭圆形横截面的紫外光束；所述接收端透镜的接收视场角横截面为与所述发送端透镜发射紫外光束截面相匹配的椭圆形，具有椭圆形横截面的紫外光束通过该接收端透镜后射入光探测器中。
[0027]进一步的，所述椭圆形横截面的长短轴之比保持固定。
[0028]进一步的，所述椭圆形横截面的长短轴之比为2:1。
[0029]进一步的，所述光探测器包括:光电倍增管或者是雪崩光敏二极管.
[0030]进一步的，所述发光二极管的波长在260纳米到280纳米之间。
[0031]进一步的，所述发光二极管的主波长在460纳米到535纳米之间。
[0032]进一步的，所述复数颗发光二极管采用表面贴装工艺安装在陶瓷材质的矩形印刷电路板上。
[0033]为了便于理解本发明，下面结合附图1-7对本发明做进一步的介绍。
[0034]如图1中所示为本发明实施例提供的非视距散射通信实现方式的示意图；其中发送端透镜发送具有椭圆横截面的紫外光束，以及发射方向与水平面成一定夹角(Θ D ;通过散射作用被接收端接收，且该接收端透镜的接收视场角横截面为与所述发送端透镜发射紫外光束截面相匹配的椭圆形，同时，该接收端的接收视场与水平面成一定夹角(θ2)，(Q1与θ2可以自由选择)从图1中可以看出，采用了发送端的配光与接收端的视场分布都有椭圆形的横截面，且椭圆形横截面的长轴都垂直于收发面。仿真分析表明，在相同收发端视场立体角情况下，带椭圆横截面的光学系统可以比锥形配光系统增加20-40%的信号强度。
[0035]如图2所示为本发明实施例提供的发送端的发光二极管和配光透镜结构示意图；每颗发光二极管3均采用表面贴装工艺安装在陶瓷材质的矩形印刷电路板2上，印刷电路板2上的铺铜层及线路宽度、间距满足通信用印刷电路板的一般设计规则。其中，发光二极管配光透镜I的外表面为特殊曲面，发光二极管3等间距置于透镜内部的空腔内，空腔的边缘为平面，这样的透镜装置能够使得发光二极管发出的紫外光经过透镜的折射后出射光为立体角均匀，截面为椭圆的光束。图3为该发送端配光透镜的侧视图，14为发送端透镜侧视的轮廓。
[0036]如图4所示为本发明实施例提供的接收端的配光透镜结构示意图，11为接收端透镜；12为接收端透镜底面轮廓。该透镜11的接收的视场角截面为与发射光束截面相匹配的椭圆，该透镜除了使得接收端的视场截面与发送端光束截面相似，而且能提供探测器100倍以上的增益。雪崩光电二极管或光子倍增管(光探测器)的收光区域位于该透镜近轴焦点处。图5为该接收端透镜的侧视图，13为接收端透镜侧视轮廓。
[0037]本发明的效果可以从图6中看出，采用椭圆截面发射光束与接受视场比普通的圆形截面的接受能量要高了 50% ;其中，椭圆形长短轴比例可以固定，例如，可以为2:1，此时信道的脉冲响应与之前相比不会有太大变化(如图7所示)；图6中以圆形“O”为顶点的曲线表示圆形截面接收的能量，以矩形“ □”为顶点的曲线表示矩形截面接收的能量，以三角形“▽”为顶点的曲线表示本发明所提供的椭圆形截面接收的能量。此处矩形与圆形横截面只是用作仿真分析的一个例子，它一方面也说明了本发明所涉及技术的演进。
[0038]另一方面，本发明实施例中发光二极管为紫外发光二极管，也可以改为波长为470纳米或533纳米的蓝绿发光二极管；配光透镜的材质需要满足对470-535纳米的光有较高的穿透率，目前大部分的光学玻璃材料能满足这一要求，并且配光透镜的曲面作相应的微小修改，多个这样的发光模组可以组合在一起，方便应用在水下的可见光通信环境。大部分水下可见光通信还是以视距通信为主，但是在某些特定应用环境中，以水下非视距散射通信信道作为补充有利于增加通信链路收发端的位置自由度。目前，在文献上，水下可见光通信器件上的配光设计还是只能看到圆锥形的配光，因此，本发明案对于非视距水下多次散射通信也具有显著的创新。
[0039]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种适用于非视距散射通信的光电收发器件，其特征在于，包括:复数颗发光二极管、置于所述复数颗发光二极管前端的发送端透镜、接收端透镜以及置于接收端透镜后端的光探测器； 其中，所述复数颗发光二极管通过发送端透镜向外发送具有椭圆形横截面的紫外光束；所述接收端透镜的接收视场角横截面为与所述发送端透镜发射紫外光束截面相匹配的椭圆形，具有椭圆形横截面的紫外光束通过该接收端透镜后射入光探测器中。
2.如权利要求1所述的收发端透镜，其特征在于，所述椭圆形横截面的长短轴之比保持固定。
3.如权利要求1或2所述的收发端透镜，其特征在于，所述椭圆形横截面的长短轴之比为 2:1。
4.如权利要求1所述的光探测器，其特征在于，所述光探测器包括:光电倍增管或者是雪崩光敏二极管。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管的波长在260纳米到280纳米之间。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管的主波长在460纳米到535纳米之间。
7.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述复数颗发光二极管采用表面贴装工艺安装在陶瓷材质的矩形印刷电路板上。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于非视距散射通信的光电收发器件，包括：复数颗发光二极管、置于所述复数颗发光二极管前端的发送端透镜、接收端透镜以及置于接收端透镜后端的光探测器；其中，所述复数颗发光二极管通过发送端透镜向外发送具有椭圆形横截面的紫外光束；所述接收端透镜的接收视场角横截面为与所述发送端透镜发射紫外光束截面相匹配的椭圆形，具有椭圆形横截面的紫外光束通过该接收端透镜后射入光探测器中。通过采用本发明公开的光电收发器件，大大提高了信号强度。
【IPC分类】H04B10-40
【公开号】CN104539369
【申请号】CN201510023990
【发明人】李上宾, 徐正元, 邹荻凡
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月16日