СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ Российский патент 2018 года по МПК H04B10/00 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а более конкретно к беспроводным системам связи между наземными объектами.

Известны технические решения, достаточно полно представленные в монографии Гауэр Дж. «Оптические системы связи», М., Радио и связь, 1989 г. - 504 с. Эти системы содержат разнесенные в пространстве источник направленного излучения, приемник излучения, устройство кодирования излучения и устройство дешифровки сигнала с приемника. Здесь источник и приемник расположены на одной оптической оси. Источник излучения - лазер или лазерный диод. В качестве приемника выступает фотоэлемент (фотодиод, фотоэлектронный умножитель - ФЭУ). Промодулированное излучение через воздушную среду направляется на приемник, который преобразует его в электрический сигнал. Устройство дешифровки восстанавливает передаваемую информацию путем обработки электрического сигнала. Главным недостатком этого устройства является то, что любое непрозрачное препятствие на пути излучения от источника до приемника делает невозможным передачу информации.

Этот недостаток устранен в изобретении (патенте) RU 2588005, МПК Н04В 1/00, опубл. 20.06.2015 г. в Бюл. №18, который можно принять за прототип. В этом техническом решении, содержащем разнесенные в пространстве, независимо перемещающиеся источник направленного излучения, приемник излучения, устройство кодирования и дешифровки сигнала с приемника, источник и приемник расположены на пересекающихся оптических осях, при этом зона пересечения оптических осей сопряжена с внешним отражающим или светорассеивающим объектом (здания, деревья и т.п.).

Недостатком прототипа можно признать ограниченные эксплуатационные возможности, т.к. не всегда можно оказаться в условиях, обеспечивающих созданные зоны пересечения оптических осей излучателя и приемника, кроме того, в прототипе отсутствует решение задачи фильтрации солнечной засветки (в области от 300 нм и более), которую ощущает на себе фотоприемник, что является помехой и снижает чувствительность системы.

Поэтому более эффективно было бы использовать явление атмосферного рассеяния от аэрозолей, атмосферных осадков, молекул, паров и т.д. Для этого ультрафиолетовый световой пучок (например, от ртутной лампы, излучающей на длине волны λ=254 нм, или набора светодиодов с λ=260-270 нм) направляется в атмосферу. Пример с атмосферным рассеянием показан на рис. 1, на котором изображено относительное положение излучателя и приемника, причем угол поля зрения оптической части приемника достаточно большой (ϕ≥60°).

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание системы оптической связи, основанной на регистрации атмосферного рассеяния с повышенной чувствительностью.

Поставленная цель достигается в системе оптической связи (рис. 1, 2), содержащей источник направленного в широкий телесный угол излучения (1), приемник излучения (2), устройство кодирования излучения (3) и устройство дешифровки сигнала с приемника (4), в которой, в отличие от прототипа, оптические оси источника излучения, направленного в атмосферу, и приемника излучения занимают произвольное положение, а регистрация рассеянного ультрафиолетового излучения производится в соответствии с индикатрисой рассеяния находящихся в воздухе рассеивающих элементов (пыль, молекулы воды и т.п.). Кроме того, в состав приемника входит конденсор (5, 5а), оптический фильтр (6), линза (7) и фотоприемник (8), причем оптический фильтр представляет собой монокристалл шестиводного сульфата никеля (NiSO₄×6Н₂O) в виде цилиндра, к концам которого приклеены защитные кварцевые стекла (9, 10), а образующая защищена от воздействия влаги водонепроницаемой замазкой (11). Спектральное пропускание фильтра на уровне 0,7 для излучения с длиной волны λ=240-210 нм, все линзы сделаны из кварцевого стекла.

Излучение источника 1 модулируется по амплитуде и частоте устройством кодирования (3) и направляется в атмосферу, часть рассеянного атмосферой излучения попадает на первую линзу (5) конденсора, который фокусирует излучение в своей фокальной плоскости, которая совмещена с передней фокальной плоскостью второй линзы (5а) конденсора, создающей параллельный пучок, попадающий в оптический фильтр (6), который выделяет из всего спектра атмосферного рассеяния (в т.ч. солнечной засветки) диапазон 240-270 нм. Далее излучение попадает на линзу (7), которая фокусирует излучение во входном окне фотоприемника (ФЭУ) (8), чувствительного к ультрафиолету, на выходе которого формируется электрический сигнал, который дешифруется для восстановления передаваемой информации.

Преимуществом заявленного устройства по сравнению с прототипом является:

1. Система никак не связана в своей эксплуатации с окружающими предметами, отпадает необходимость в прямой видимости оптического канала источник-приемник, таким образом, система становится более универсальной в использовании. Как следствие, при использовании такой системы на мобильных объектах не требуются гиростабилизация, наведение и удержание источников и приемников в определенной пространственной и угловой ориентации.

2. Благодаря использованному в приемнике оптическому фильтру решается проблема фильтрации той части спектра, в которой находится спектр информационного сигнала от посторонних помех, таких как солнечная засветка, в результате существенно улучшается чувствительность приемного устройства системы оптической связи.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в системе оптической беспроводной связи, использующей эффект рассеяния света, в данном случае в ультрафиолетовой области спектра, в атмосфере на молекулах воды, парах, аэрозолях, пыли и т.п. Технический результат состоит в обеспечении прямой видимости зоны пересечения оптических осей источника и приемника и повышения чувствительности связи. Для этого в приемнике используют оптический фильтр на основе монокристалла шестиводного сульфата никеля, отрезающего спектральную область, в которой создаются помехи от солнечной засветки, и пропускающего часть ультрафиолетового спектра 240-270 нм, соответствующую спектральному диапазону источника полезного сигнала. 2 ил.

Система оптической связи, содержащая разнесенные в пространстве источник направленного излучения в ультрафиолетовом диапазоне, создающий в атмосфере зону рассеянного света, и приемник излучения, отличающаяся тем, что приемник излучения включает в себя конденсор, состоящий из двух оптических компонентов (линз), представляющих телескопическую систему, после которой установлен оптический фильтр из монокристалла шестиводного сульфата никеля, за которым установлена третья линза, фокусирующая рассеянное атмосферное излучение на фотоприемнике.