一种基于自由空间光链路的CT高速数据传输方法

本发明属于ct设备，具体涉及基于自由空间光链路的ct高速数据传输方法。

背景技术：

1、ct成像设备是医疗诊断的核心设备之一，其ct滑环通过旋转采集患者周身影像数据，并传输给计算机进行分析和处理。面对ct设备日益增长的高分辨率、高速和大容量数据采集和传输的需求，我国现有的ct设备在数据传输上存在严重的短缺和不足，存在被国外技术卡脖子的现实困境，因此，研究ct高速数据传输技术具有重大的科学研究意义和现实工程应用价值。

2、自由空间光通信以c波段激光为传输载体，与传统的通信方式相比，具备传输速率高、通信容量大、保密性强等优点，应用相当广泛，将其应用于ct数据的传输有望解决当前ct传输效率较低的困境。

3、以高精度离轴空间光折叠技术为核心的ct滑环技术，通过设计基于平面反射镜成像原理的离轴空间光折叠技术将光信号折叠并耦合至光接收器，实现了旋转端到固定端之间的高速数据传输，实现了大于10gbps的数据传输。

4、然而，现有技术对高速旋转的ct滑环数据采集稳定性较差，容易出现误码率不稳定和断码现象；对光电探测器位置和角度敏感，光学对准要求高；不能在同一时刻接收所有ct滑环旋转端的数据，光功率损耗大；信号调制技术性能较差，频谱效率低，数据传输速率低。

技术实现思路

1、为解决当前ct滑环数据传输技术稳定性差、传输速率低、光功率损耗高等问题，实现更高速的ct数据传输，本发明提供一种基于自由空间光链路的ct高速数据传输方法。

2、本发明提供基于自由空间光链路的ct高速数据传输方法，具体包括：

3、（1）设计ct滑环激光信号源自由空间传输链路

4、在ct滑环等间距设置不限波长的n个激光源，用于旋转端（发射机）与固定端（接收机）的数据传输；n个激光源发出的n个光信号，所有激光源安装发射角度对准固定端接收机；

5、固定端接收机设置于ct滑环中心轴线上，用于接收旋转端n个激光源发出的n个光信号；固定端中心处设置一高速光电探测器；接收机接收旋转端n个激光源发出的n个光信号，经聚焦合束，对准至光电探测器接收孔径，实现激光信号的自由空间数据传输；参见图1所示；

6、（2）设计接收机与激光对准

7、固定端接收机设计为双环曲面反射镜，即包括外环反射镜和内环反射镜，以及在其中心轴处的高速光电探测器；所述外环反射镜设计为空心圆台，上下底面与ct滑环平行，中心旋转轴与ct滑环轴线重合，内侧表面为反射镜，在任意方向上对于相同的入射角度的激光具备相同的反射位置，外侧表面为不透光的金属镀膜；所述内环反射镜设计为实心圆台，嵌套于外环反射镜空心圆台内部，上下底面与ct滑环平行，中心旋转轴与ct滑环轴线重合，外侧表面为反射镜，在任意方向上对于相同的入射角度的激光具备相同的反射位置；所述高速光电探测器位于内外环反射镜圆台的旋转轴上与ct滑环的轴线对齐，要求经内环反射镜的出射激光能够入射光电探测器前端的光线准直镜，被光电探测器接收；自旋转端入射的激光首先经过外环反射镜内表面反射，光斑照射至内环反射镜；光束再经内环反射镜，镜面反射至中心的高速光电探测器。

8、对于多个激光源同时照射的情况，多束激光合束至中心的高速光电探测器。参见图2所示。

9、本发明使用ct滑环激光信号源自由空间传输链路，通过自由空间链路进行通信，降低了对高精度光学器件的要求，同时可以对多路光束进行接收，减少了光功率损失和系统的鲁棒性。本发明提出的双环曲面反射镜设计方法，保证了入射光束发散角满足接收准直镜的na要求，同时保证了光功率增强。

技术特征：

1.一种基于自由空间光链路的ct高速数据传输方法，其特征在于，具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的基于自由空间光链路的ct高速数据传输方法，其特征在于，光信号传输与接收的过程为：

3.根据权利要求2所述的基于自由空间光链路的ct高速数据传输方法，其特征在于，信号处理系统部署于pc端；具体地，信号处理包括发射端信号的调制与接收端信号，采取相干接收和发射的方式；其中，在发射端使用iq调制器进行偏振复用；接收端对接收信号采用相干光解调方法，将相同波段的本振激光与接收的信号光，送入光混频器进行混频，得到与信号光频率、相位和振幅变化相同的中频信号，经光电检测和中频放大，输出接收的数字信号，转化为图像信号输出。

技术总结
本发明属于CT设备技术领域，具体为基于自由空间光链路的CT高速数据传输方法。本发明CT高速数据传输方法包括设计激光信号源自由空间传输链路以及接收机；传输链路包括：在CT滑环上等间距设置的N个激光源；所有激光源安装发射角度对准固定端接收机；固定端中心处设置一高速光电探测器；接收机接收旋转端N个激光源发出的N个光信号，经聚焦合束，对准至光电探测器接收孔径，实现激光信号的自由空间数据传输；接收机设计为双环曲面反射镜，光信号经反射镜反射至中心的高速光电探测器。本发明通过自由空间链路进行通信，可降低对高精度光学器件的要求，减少光功率损失；通过双环曲面反射镜确保入射光束发散角满足接收准直镜的NA要求，增强光功率。

技术研发人员：施剑阳,陈超旭,张昊宇,迟楠
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15