专利名称：一种基于无极紫外通信的信号发射装置及方法
技术领域：
本发明涉及大气紫外光通信相关领域，提出了 ー种基于无极紫外通信的信号发射装置及方法。
背景技术：
紫外光在低空大气存在日盲区和強烈散射作用，紫外光通信具有有效范围性、全方位、全天候、非视距及抗干扰能力强等优点，因此，紫外光通信特别适合于短距保密无线通信。随着紫外探測器件的发展，紫外光通信技术倍受各军事强国的青睐。紫外光通信是利用日盲区紫外光为传输载体，将数字信号信息加载到紫外光上来实现信息传输的ー种新 型保密光通信技木。其中紫外通信发射装置中的光源关系到整个系统性能的好坏，现有技术中的紫外光通信发射装置中常采用脉冲氙灯、紫外激光器、紫外LED及低压汞灯。脉冲氙灯把光能集中到瞬间释放，能产生很大的发射功率。然而脉冲氙灯发射谱带宽、可见光和红外所占的比重大，紫外“日盲区”光谱发射效率低，而且该灯在发射装置中调制速率须小于2kHz，限制数据传输速度。紫外激光器的高速率数据传输是其作为紫外光源的一大优势，但是紫外光在空气中存在多路时间扩散，数据传输速率一般小于1MHz，从而限制了类似准分子激光器的高速调制激光器的应用，同时紫外激光器的方向性较好，用激光器作紫外光源的传输系统较难完成全方位、非定向的空间信息传输，其本身功率小，而功率较大紫外激光的紫外激光器体积大，并且十分昂贵。紫外LED具有调制速率高、驱动电路易实现、易于实现阵列工作等优点，是未来紫外通信系统最有可能采用的光源，但目前来说，其低发光功率和高昂的价格大大限制了其在紫外通信中的应用，其中，单颗LED发光功率约为几十微瓦。现有技术中采用紫外LED的紫外通信系统都为短距离系统。综上所述，目前紫外通信发射装置中存在发射效率低、数据传输效率低且价格昂贵，因此需要提供ー种紫外通信装置，以克服上述缺点。
发明内容
本发明提供ー种基于无极紫外通信的信号发射装置及方法，采用泡型无极低压汞灯作为发射装置的光源，使其具有高日盲紫外辐射功率、高光谱纯度、高调制速率，实现长距离、高速率非视线信息传输。ー种基于无极紫外通信的信号发射装置，包括泡型无极汞灯、抛物面反射镜、束面压缩镜组、起偏器、电光晶体、信息加载单元、检偏器及全方位覆盖镜；所述的泡型无极低压汞灯放置于抛物面反射镜的焦点处；束面压缩镜组、起偏器、电光晶体、检偏器及全方位覆盖镜依次设置在抛物面反射镜的出光ロー侧；起偏器和检偏器的偏振方向垂直；起偏器和检偏器的偏振方向互相垂直；电光晶体受控于信息加载单兀。所述的束面压缩镜组由两片凸透镜组成；且两片凸透镜轴心线以及焦点均重合。
ー种基于无极紫外通信的信号发射方法，采用所述的基于无极紫外通信的信号发射装置，首先设置起偏器的偏振方向为X方向,检偏器的偏振方向为Y方向，其中，X方向与Y方向相差90° ;发射信号通过信号加载单元通过控制是否在电光晶体上施加电压紫外光由泡型无极汞灯发出；当在电光晶体上外加电压时，通过起偏器后的偏振光的偏振方向由X方向变为Y方向；在电光晶体上未施加电压时,通过起偏器后的偏振光的偏振方向保持X方向不变；所述外加电压为电光晶体的半波电压，半波电压是指光波在光晶体中传播时，当光波的两个垂直分量Ex和Ey的光程差为半个波长时所需要加的电压，光程差为半个波长即对应的相位差为180度；由此,通过检偏器的光线的光强与发射信号对应，实现基于紫外光的信号发射。 有益效果本发明提出了一种无极紫外通信发射装置及方法，选用具有日盲紫外辐射功率大、光谱纯度高、结构紧凑的泡型无极低压汞灯作为光源，光源波长固定，光谱唯一，该发射装置和对应的通信接收装置无需针对多波长或波段进行设计，抛物面具有较好的准直性能，能够实现平行的紫外光输出；由起偏器、电光晶体、信息加载、检偏器组成的调制系统，只需给电光晶体施加信号即可完成紫外光信号的调制，调制速率可达IMHz以上，数据传输速率可达IOOKbps以上；本发射装置中的全方位覆盖镜对紫外光信号进行发散，实现散射信号的全方位覆盖，提高了发射装置的调制速率、发射功率等，且该装置结构简单、实用。
图I是本发明ー种基于无极紫外通信的信号发射装置的结构图；图2是本发明泡型无极低压汞灯结构图。
具体实施例方式结合附图和具体实施方式
对本发明做进ー步的详细描述。如图I所示，无极紫外通信发射装置包括抛物面反射镜I、泡型无极低压汞灯2、束面压缩镜组3、起偏器4、电光晶体5、信息加载单元6、检偏器7、全方位覆盖镜8，其中束面压缩镜组由2个凸透镜组成，第二块凸透镜的焦距小于第一块的凸透镜焦距。所有型号的无极低压汞灯均可运用于本装置，本实例中所选无极低压汞灯主要输出光波波长为254nm的“日盲区”紫外光。它把输入灯的电功率的60%能量转换为波长254nm的紫外光能量。本装置使用200W泡型无极低压汞灯，其參数为功率200W，254nm紫外辐射功率120W，平均寿命60000小吋。泡型无极低压汞灯的规格如2图所示，灯泡直径SR为15cm,底座直径D为8cm,高为23. 5cm。泡型无极低压汞灯放置于抛物面反射镜的焦点处；泡型无极低压汞灯的紫外辐射光经过抛物面反射镜反射后成为平行光，然后通过束面压缩镜组实现光束面积的压缩，设置起偏器的偏振方向为水平，设置检偏器的偏振方向为垂直，电光晶体外加其对应的半波电压时，使线偏振光的偏振方向改变90度,不加电压时不改变线偏振光的偏振方向；萊灯发出的光为非偏振光，通过起偏器之后的光为水平方向的偏振光，发射信号010101,信号控制加载单兀控制电光晶体，使得光的偏振态发生相应改变，发射为O时，电光晶体外不施加电压，则通过电光晶体后的光的偏振方向不发生改变仍为水平，此时没有光通过垂直偏振方向的检偏器，光强最小，对应发射信息为O ;当发射为I吋，则电光晶体上施加电压，使得通过电光晶体后的光的偏振方向发生改变，由水平变为垂直，此时有光通过垂直偏振方向的检偏器，且其光强最大，对应发射信息I;依此发射原理通过检偏器的光的強度与发射信号一一对应，最后携帯信息的紫外光信号通过发散镜发散实现全方位发射。
通过采用电光晶体，由于电光晶体的电光效应，对偏振光信号能够进行快速处理，提高了本装置的调制速率，其通信速率为240Kbps，也得到了较大的提高。
权利要求
1.ー种基于无极紫外通信的信号发射装置，其特征在于，包括泡型无极汞灯、抛物面反射镜、束面压缩镜组、起偏器、电光晶体、信息加载单元、检偏器及全方位覆盖镜；所述的泡型无极低压汞灯放置于抛物面反射镜的焦点处；束面压缩镜组、起偏器、电光晶体、检偏器及全方位覆盖镜依次设置在抛物面反射镜的出光ロー侧；起偏器和检偏器的偏振方向垂直；起偏器和检偏器的偏振方向互相垂直；电光晶体受控于信息加载单兀。
2.根据权利要求I所述的基于无极紫外通信的信号发射装置，其特征在于，所述的束面压缩镜组由两片凸透镜组成；且两片凸透镜轴心线以及焦点均重合。
3.ー种基于无极紫外通信的信号发射方法，其特征在干，采用权利要求I或2所述的基于无极紫外通信的信号发射装置，首先设置起偏器的偏振方向为X方向，检偏器的偏振方向为Y方向，其中，X方向与Y方向相差90° ; 发射信号通过信号加载单元通过控制是否在电光晶体上施加电压 紫外光由泡型无极汞灯发出；当在电光晶体上外加电压时，通过起偏器后的偏振光的偏振方向由X方向变为Y方向；在电光晶体上未施加电压时,通过起偏器后的偏振光的偏振方向保持X方向不变；所述外加电压为电光晶体的半波电压； 由此，通过检偏器的光线的光强与发射信号一一对应，实现基于紫外光的信号发射。
全文摘要
本发明公开了一种基于无极紫外通信的信号发射装置及方法，该装置包括无极汞灯、抛物面反射镜、束面压缩镜组、起偏器、电光晶体、信息加载单元、检偏器及全方位覆盖镜。所述的信号发射方法包括设置检偏器和起偏器的偏振方向为互相垂直，利用对电光晶体施加电压改变通过电光晶体偏振光的偏振方向，使通过检偏器的光强与发射信号一一对应，完成信号发射。采用本发明的装置及方法进行信号发射具有日盲紫外辐射功率大、光谱纯度高、结构简单清晰、调制速率高等优点，适合长距离、高速率的非视线紫外光传输。
文档编号H04B10/04GK102780524SQ20121028238
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者尹红伟, 常胜利, 张海良, 杨俊才, 杨建坤, 贾红辉, 陈宁 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学