专利名称：光通信系统及方法
技术领域：
本申请属于通信领域，特别是涉及一种基于空间光调制器的光通信系统及光通信方法。
背景技术：
现在的无线通讯系统，大部分是基 于广播式原理。卫星通信是目前最为主要的通信手段。这种通讯方式，由基站向外发射电磁波，被中继站或者卫星中转后，被终端设备所接收。这种通讯方式的缺点在于，首先，需要基站或者卫星系统配合，系统复杂。其次，这是一种广播式系统，信号在自由空间进行非定向的传播，易被截获，安全性较差。虽然可以采用各种加密方法，但仍然存在安全隐患。第三，广播式通讯需要大功率发射和中继装置，难以将系统功耗降低，并实现系统的小型化。最后，这种广播式通讯易被相邻信道和外界干扰，造成信息失真、失效。而另外一种被广泛应用的光纤通信方式，虽然能够做到高速、可靠和保密，但对环境的要求较高，需要搭建光纤系统，不能在短时间内建立起来。有鉴于此，有必要提供一种新型的通信系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光通信系统及光通信方法，其结合了微波通信与光纤通信的优点，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的优点，又不需要铺设光纤，应用灵活。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案
本发明公开一种光通信系统，包括
信息接收部，其包括光源和探测器，所述光源输出光源信号；
信息发送部，其包括一空间光调制器，该空间光调制器接收所述光源信号并对其进行调制，并将反馈信息加载到所述光源信号上后反射至所述信息接收部，所述探测器接收反射回来的光源信号并对其进行解调。作为本发明的进一步改进，所述光源为半导体激光器，该半导体激光器与所述空间光调制器的工作波长相匹配。作为本发明的进一步改进，所述空间光调制器为反射式多量子阱空间光调制器。作为本发明的进一步改进，所述信息接收部还包括自动指向追踪系统，以实现所述信息接收部与信息发送部之间的对准，建立所述信息接收部与信息发送部之间的通信链路。优选的，所述自动指向追踪系统包括摆扫装置和反馈装置，该反馈装置在所述信息接收部和信息发送部之间通信开始和结束的时候分别对所述摆扫装置进行锁定和启动。优选的，所述摆扫装置包括光学系统、面阵(XD、信号处理器、数据处理及控制软件、伺服控制系统和转动机构，所述光学系统完成对目标光束的会聚、处理，把目标成像在面阵CCD上，从而确认目标的坐标信息；信号处理器实现对CCD的视频信息的采集、量化和编码；数据处理及控制软件负责处理来自于信号处理器的数据信号，并经过计算得出摆扫的数据指令发送到伺服控制系统；伺服控制系统根据摆扫指令控制转动机构来完成光学系统角度的调整，完成一次扫描过程。本发明还公开了一种光通信方法，包括
a、光源输出光源信号；
b、空间光调制器接收所述光源信号并对其进行调制，将反馈信息加载到所述光源信号上后进行反射；
C、接收反射回来的光源信号并对其进行解调。与现有技术相比，本发明使用非对称的后调制结构，光源和探测器集中在信息接收部，信息发送部仅需要有一个信息调制器件，不再需要搭载光源等装置。这使信息发送部
的体积和功率可以做得很小，使用电池就能够驱动，机动性和隐蔽性好。尤其适合于在战场探测、信息侦查和人员搜救等需要分布式传感器长期工作的场合。而且该系统结合了微波通信与光纤通信的优点，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的优点，又不需要铺设光纤，应用灵活。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。图I所示为本发明具体实施例中光通信系统的原理示意 图2所示为本发明具体实施例中摆扫装置的原理示意 图3所示为本发明具体实施例中光通信系统的应用示意图。
具体实施例方式本发明实施例公开一种光通信系统，包括
信息接收部，其包括光源和探测器，所述光源输出光源信号；
信息发送部，其包括一空间光调制器，该空间光调制器接收所述光源信号并对其进行调制，并将反馈信息加载到所述光源信号上后反射至所述信息接收部，所述探测器接收反射回来的光源信号并对其进行解调。本发明实施例还公开了一种光通信方法，包括
a、光源输出光源信号；
b、空间光调制器接收所述光源信号并对其进行调制，将反馈信息加载到所述光源信号上后进行反射；
C、接收反射回来的光源信号并对其进行解调。上述技术结合了微波通信与光纤通信的优点，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的优点，又不需要铺设光纤，应用灵活，可以作为无线通信和光纤通信的一种重要补充。这种通讯系统集成度高，体积小，功耗低，便于携带，机动性好。终端可配对组成小型的通讯网络，实现即时联络。它的系统简单，信息传送的方向性好，不易被截获，安全性高。使用光调制器作为信息加载器件，以光为载波信号进行传输，信息传输和处理的速度很快。使用非对称的后调制方式，可以实现低功耗的多点分布式通信，增强系统的持久性和隐蔽性。下面将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详细的描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图I所示为本发明具体实施例中光通信系统的原理示意图。参图I所示，光通信系统包括信息接收部10和信息发送部20，信息接收部10包括光源11和探测器12，信息发送部20包括空间光调制器21。光源11优选为激光光源，该激光光源可采用与空间光调制器21工作波长匹配的半导体激光器。探测器12可采用CMOS传感器或者CXD探测器等。空间光调制器21优选为反射式多量子阱空间光调制器。多量子阱空间光调制器具备以下特点
I、调制速度快，可并行工作
由于采用了多量子阱空间光调制器，所以这种系统的响应速度极快。从物理器件的极限来说，响应时间可以低至皮秒量级。而且，可以使用二维的调制器阵列进行并行传输，系统可以极大扩容，传输速率很高。十分适合在非对称的后调制自由空间光通信系统中应用，可以保证在对准的一瞬间将信号完全输送至接收端。2、功耗极低
多量子阱空间光调制器工作在Pn结反偏状态，工作电流很低，整个系统可以做到功耗低至IOmW量级，这使信息发送端仅使用电池就可驱动，系统可以做得很小，并且工作时间很长。这尤其适合应用在信息传感和侦查的分布式探测领域。3、可以使用相位调制
多量子阱空间光调制器除了常规的幅度调制，还可以进行相位调制。相位调制的抗干扰性较强。信息接收部10还包括自动指向追踪系统(图未示)，以实现信息接收部10与信息发送部20之间的对准，建立信息接收部10与信息发送部20之间的通信链路。自动指向追踪系统包括摆扫装置和反馈装置，该反馈装置在信息接收部10和信息发送部20之间通信开始和结束的时候分别对摆扫装置进行锁定和启动。使用自动指向追踪技术，是为了实现收发双方之间的对准，建立通信链路，使接收端的光源信号照射到发送端，信息被发送端加载以后，光源信号再被反射至接收端。信息必须要在对准以后完成传送，在这个过程中收发双方需始终对准。自动指向追踪系统一般由摆扫装置和反馈装置构成。当摆扫装置扫描至特定位置，能够接收到由发送端的反射信号时，则对准过程已建立，反馈装置发出一个信号，锁定摆扫装置，并触发一次通信过程。通信完成后，反馈系统再发出一个信号，则摆扫装置再次启动，扫描来自其他发送端的反射信号。图2所示为本发明具体实施例中摆扫装置的原理示意图。参图2所示，摆扫装置主要由光学系统、大视场面阵(XD、信号处理器、数据处理及控制软件、伺服控制系统与转动机构组成。光学系统完成对目标光束的会聚、处理，把目标成像在大视场面阵C⑶上，从而确认目标的坐标信息。信号处理器实现对CCD的视频信息的采集、量化和编码。数据处理及控制软件负责处理来自于信号处理器的数据信号，并经过计算得出摆扫的数据指令发送到伺服控制系统，伺服控制系统根据摆扫指令控制转动机构来完成光学系统角度的调整，完成一次扫描过程。当摆扫装置扫描至特定位置，能够接收到由发送端的反射信号时，则对准过程已建立，反馈系统发出一个信号，锁定摆扫装置，进行通信。光通信系统进行通讯时，由信息接收部10的光源发出光源信号，信息发送部20接收到信息接收部10光源信号后，对信号光进行调制，将其记载的反馈信息加载到光源信号上并反射至信息接收部10。信息接收部10的探测器12探测到返回的光信号后，对信息进行解调，获得来自信息发送部20的信息，实现双方交换信息的目的。上述的光通信系统与传统的对称式光通讯的结构有明显不同。传统的光通讯中，
光源和探测器分置于收发两端，通过发送端对信息进行调制以后，由接收端探测器探得并解调出信号。相比传统的结构，这种非对称后调制自由空间光通信系统的特点是使用非对称的后调制结构，光源和探测器集中在信息接收部10，信息发送部20仅需要有一个信息调制器件，不再需要搭载光源等装置。这使信息发送方的体积和功率可以做得很小，使用电池就能够驱动，机动性和隐蔽性好。尤其适合于在战场探测、信息侦查和人员搜救等需要分布式传感器长期工作的场合。图3所示为本发明具体实施例中光通信系统的应用示意图。参图3所示，这是一种被动式的点对点通讯系统，以激光光波作为载波，大气作为传输介质，飞机与浮标不需要交换和中继系统就能实现点对点的信息通讯。在此例子中，飞机作为信息接收端，搭载激光器、探测器和自动指向追踪装置，而浮标为信息发送端，仅搭载调制器，可以只用电池驱动，功耗和隐蔽性都很好。飞机飞过时，自动追踪系统进行高速摆扫确定目标，在与每个浮标对准以后的短暂的一瞬间，由激光器发射的光被调制器调制并反射回飞机，完成信息的传输。然后再进行下一个浮标的通信。综上所述，本发明使用非对称的后调制结构，光源和探测器集中在信息接收部，信息发送部仅需要有一个信息调制器件，不再需要搭载光源等装置。这使信息发送部的体积和功率可以做得很小，使用电池就能够驱动，机动性和隐蔽性好。尤其适合于在战场探测、信息侦查和人员搜救等需要分布式传感器长期工作的场合。而且该系统结合了微波通信与光纤通信的优点，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的优点，又不需要铺设光纤，应用灵活。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本申请的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原 理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
权利要求
1.ー种光通信系统，其特征在于，包括 信息接收部，其包括光源和探測器，所述光源输出光源信号； 信息发送部，其包括一空间光调制器，该空间光调制器接收所述光源信号并对其进行调制，并将反馈信息加载到所述光源信号上后反射至所述信息接收部，所述探测器接收反射回来的光源信号并对其进行解调。
2.根据权利要求I所述的光通信系统，其特征在于，所述光源为半导体激光器，该半导体激光器与所述空间光调制器的工作波长相匹配。
3.根据权利要求I所述的光通信系统，其特征在于，所述空间光调制器为反射式多量子阱空间光调制器。
4.根据权利要求I所述的光通信系统，其特征在于，所述信息接收部还包括自动指向追踪系统，以实现所述信息接收部与信息发送部之间的对准，建立所述信息接收部与信息发送部之间的通信链路。
5.根据权利要求4所述的光通信系统，其特征在于，所述自动指向追踪系统包括摆扫装置和反馈装置，该反馈装置在所述信息接收部和信息发送部之间通信开始和结束的时候分别对所述摆扫装置进行锁定和启动。
6.根据权利要求5所述的光通信系统，其特征在于，所述摆扫装置包括光学系统、面阵CCD、信号处理器、数据处理及控制软件、伺服控制系统和转动机构，所述光学系统完成对目标光束的会聚、处理，把目标成像在面阵CCD上，从而确认目标的坐标信息；信号处理器实现对CCD的视频信息的采集、量化和编码；数据处理及控制软件负责处理来自于信号处理器的数据信号，并经过计算得出摆扫的数据指令发送到伺服控制系统；伺服控制系统根据摆扫指令控制转动机构来完成光学系统角度的调整，完成一次扫描过程。
7.ー种光通信方法，其特征在于，包括 a、光源输出光源信号； b、空间光调制器接收所述光源信号并对其进行调制，将反馈信息加载到所述光源信号上后进行反射； C、接收反射回来的光源信号并对其进行解调。
全文摘要
本申请公开了一种光通信系统，包括信息接收部，其包括光源和探测器，所述光源输出光源信号；信息发送部，其包括一空间光调制器，该空间光调制器接收所述光源信号并对其进行调制，并将反馈信息加载到所述光源信号上后反射至所述信息接收部，所述探测器接收反射回来的光源信号并对其进行解调。本申请还公开了一种光通信方法。本发明的光通信系统，其结合了微波通信与光纤通信的优点，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的优点，又不需要铺设光纤，应用灵活。
文档编号H04B10/071GK102857299SQ201210301099
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者黄寓洋, 茹占强, 李文, 冯成义, 张耀辉 申请人:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所