专利名称：激光大气传输方法
技术领域：
本发明涉及光的控制技术，具体地指激光大气传输方法。
激光技术的应用前景随着科学技术的发展，它将会在军事、机械加工、精密测量、医疗卫生方面显示着更加广阔的前景，不但如此，激光在通讯技术、电视技术中的应用也将越来越显示出其优越性，在上述的各种应用中，尤在通讯、电视、测距等应用方面，都需要激光在大气中进行全天候的远距离传输，而激光通过大气时，其强度将按公式I1＝I0exp(-α0l)的规律进行吸收衰减，式中I1和I0分别是传输距离l之后和原始的激光强度，α0是大气吸收系数，需要指出的是，大气吸收系数α0在不同的气候下，其数值不同；另一方面，激光通过大气同时也受到大气中的颗粒散射而使强度降底，其强度衰减规律也是遵循上述公式，只是把大气吸收系数α0换成散射系数αp，激光在上述的传输过程中，其衰减是显而易见的，尤其在雨天、雾天、蒸汽、尘埃、烟雾的情况下，激光的衰减更为严重，现有的激光技术之所以还不能在远距离通讯、电视技术中推广的原因之一就是采用了单光束(数据光束)的激光传输方法。
本发明的目的是针对上述单光束激光在较为恶劣的大气中传输过程中存在随着距离的增加而衰减增加的缺点，提出一种激光大气传输方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的方法作如下描述该方法使用套筒式激光光束传输方法，外筒激光束为保护激光光束，内筒激光束为数据激光光束，保护激光光束将数据激光光束包络在内，外筒的保护激光光束的强度大于内筒的数据激光光束的强度，保护激光光束吸收其光束通道中的烟或雾粒子、尘埃粒子，数据激光光束为一被载波调制的激光束，数据激光光束的传输方向与外筒的保护激光光束的传输方向相同并保持相平行。
由于本发明使用了由保护激光光束和数据激光光束构成的套筒式激光传输方法，先由保护激光光束将数据激光光束要通过的通道中的烟雾、尘埃粒子吸收，使该通道变为一个“清洁”的通道，从而使数据激光光束能在尘雾及雨天等较为恶劣的环境下传输，增加了数据激光光束的有效传输距离。
本发明的方法将通过下面的附图和实施例作进一步的详细说明
图1为本发明的套筒式激光光束示意图。
图2为图1的端面(光斑)示意图。
图3为本发明的多路数据激光端面(光斑)示意图之一。
图4为本发明的多路数据激光端面(光斑)示意图之二。
图5为本发明的保护激光光束为另种形状光端面(光斑)示意图。
图6为实现本发明发射激光光束而使用的光学系统原理示意图。
图7为实现本发明接收激光光束而使用的光学系统原理示意图。
激光光束在大气中的衰减主要有大气吸收衰减和大气气溶胶散射衰减，其衰减规律由前述的公式I1＝I0exp(-α0l)、I1＝I0exp(-αpl)给出，随着传输距离l、吸收系数以及散射系数的增加，激光的强度而衰减降低，主要是由雾中的水气、大气中的尘埃颗粒以及二氧化碳所引起，激光光束在大气中的衰减，使激光的应用在一定程度上受到限制，正如前述的，尤其在通讯、电视、测距等一些远距离应用中受到限制，而上述的应用通常都必须在白昼黑夜，雾天、雨天的全天候的环境中应用，例如，现有的激光通讯都在2-10公里的移动通信基站之间的范围内，而且是在无雾天、雨天的情况下，不能在全天候使用，在这些应用中，均采用了单光束的数据激光光束作为信息的载体。
请参阅图1，本发明所采用的方法是使用套筒式激光光束传输方法，外筒激光束为保护激光光束1，内筒激光束为数据激光光束2，保护激光光束1将数据激光光束2包络在内，外筒的保护激光光束1的强度大于内筒的数据激光光束2的强度，保护激光光束1吸收其光束通道中的烟或雾粒子、尘埃粒子以及二氧化碳粒子，为数据激光光束开通了一条“清洁”的通道，数据激光光束2为一被载波调制的激光束，数据激光光束2的传输方向与外筒的保护激光光束1的传输方向相同并保持相平行，图2示意了这样的套筒式激光光束的光斑示意图。保护激光光束1的发射波长可以采用与数据激光光束2相同的波长，二者也可以是不相同的波长。二种发射的激光光束波长可根据需要而选用不同的波长。
外层的保护激光光束1通常先于数据激光光束2发射，光束1可以经过调制，变为有一定间隔的光束，也可以为一连续的光束，而内层的数据激光光束2则为一经过调制的光束，使光束2按照某种外来信号发生变化，可以是按调制信号的变化规律改变激光的振幅，也可以按外加信号变化规律改变激光的频率和相位，由何种信号调制可视不同的应用而定。
从图3和图4中可以看出，在外层的保护激光光束1中，可包含有多路数据激光光束，其内可以有二路、三路、四路……独立的数据光束，各数据光束均被调制作为不同的信号载体，每一路数据光束均相互平行，且各光束的直径均小于外层的保护激光光束。
图5示意了外层保护激光光束1的另种形状，光束1的形状可以为圆柱形，也可以为其它形状，如椭圆柱形、长方柱形光束。
为了能体现本发明方法的实施，请参阅图6所示，发射激光光束的光学系统主要包括发射外层保护激光光束1的强激光器3、棱镜4、棱镜5以及发射数据激光光束2的激光器6，当激光器3发出的光束通过棱镜4和5后变为一空心的保护激光光束1(实际上该光束通过棱镜4后就为空心光束)，激光器6发出的光束通过棱镜5后变为一数据激光光束2，数据激光光束2与保护激光光束1共同射向目标，棱镜4和5均设计成除了中间为透射而其余部分为全反射的棱镜，激光器6发射的数据激光光束2穿过棱镜5。
请再参阅图7所示，接收激光光束所用的光学系统主要包括一反射镜7和一接收盘8，反射镜7和接收盘8共轴，且均留有透孔光栏，反射镜7将外层的保护激光光束1反射，数据激光光束2则通过反射镜7和接收盘8的中心透孔光栏被相应的接收器所接收。
当然，实现套筒式激光光束传输方法所用的光学发射系统和光学接收系统还有很多种，在此就不一一列举。
本发明通过实验后得出如下的数据一个10-30毫瓦的激光器发出单一的数据激光束在无雾、烟的气候下可传输2公里左右、在烟、雾天仅传输为100米；而当外层有保护激光光束后，数据激光光束在无雾、烟的气候下可传输约10公里左右，在烟、雾天传输可达2公里左右。从上述的数字可以分析得到，无保护激光光束时，烟、雾天的数据激光光束的传输距离的效率仅有5％；当外层有保护激光光束时，烟、雾天的数据激光光束的传输距离的效率可达20％；而在正常的气候下，加上保护激光光束后，数据激光光束的传输距离可由2公里提高到10公里。
权利要求
1.一种激光大气传输方法，其特征在于该方法使用套筒式激光光束传输方法，外筒激光束为保护激光光束，内筒激光束为数据激光光束，保护激光光束将数据激光光束包络在内，外筒的保护激光光束的强度大于内筒的数据激光光束的强度，保护激光光束吸收光束通道中的烟或雾粒子、尘埃粒子，数据激光光束为一被载波调制的激光束，数据激光光束的传输方向与外筒的保护激光光束的传输方向相同并保持相平行。
2.如权利要求1所述的激光大气传输方法，其特征在于所说的保护激光光束的发射波长可以采用与数据激光光束相同的波长，二者也可以是不相同的波长。
3.如权利要求1所述的激光大气传输方法，其特征在于所说的保护激光光束可以经过调制为有一定间隔的光束，也可以为一连续的光束。
4.如权利要求1所述的激光大气传输方法，其特征在于所说的数据激光光束可以是按调制信号的变化规律改变激光的振幅，也可以按外加信号变化规律改变激光的频率和相位。
5.如权利要求1-4任一项所述的激光大气传输方法，其特征在于所述的保护激光光束中，可包含有多路数据激光光束。
全文摘要
本发明为一种激光大气传输方法,该方法采用保护激光光束和数据激光光束,保护光束将数据光束包络在内,保护光束的强度大于数据光束的强度,保护光束吸收光束通道中的烟或雾粒子、尘埃粒子,使光束中间变为一个“清洁”的通道,数据光束为一被载波调制的激光束,数据光束的传输方向与保护光束的传输方向相同并保持相平行。从而使数据光束能在尘雾及雨天等较为恶劣的环境下传输,增加了数据光束的有效传输距离。
文档编号H04B10/10GK1199962SQ9810365
公开日1998年11月25日 申请日期1998年1月15日 优先权日1998年1月15日
发明者谢建平, 曾令远, 孙·约翰, 戚世孝 申请人:和能控股有限公司