無(wú)線光通信系統(tǒng)中收發(fā)端光學(xué)器件的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)有通信技術(shù)的發(fā)展，高速率，綠色環(huán)保的新型的通信技術(shù)成為人們研究的熱點(diǎn)。無(wú)線光通信與傳統(tǒng)的無(wú)線通信相比，更加節(jié)能環(huán)保，對(duì)人體沒(méi)有輻射，更主要的是它的保密性更好，不需要申請(qǐng)頻譜授權(quán)，帶寬資源豐富，傳輸速率高，不會(huì)與其他頻帶發(fā)生干擾。
　　可見(jiàn)光通信是一種新興的技術(shù)，是無(wú)線光通信技術(shù)中重要的一項(xiàng)，它基于白光LED高頻率的閃爍作為信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，又同時(shí)具備了照明和數(shù)據(jù)傳輸兩種功能。在無(wú)線光通信系統(tǒng)中，發(fā)射端由于光源的發(fā)散角度過(guò)大

2、會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)衰落，不能有效到達(dá)接收端;而在接收端的接收天線的接收角度過(guò)小或聚光能力弱導(dǎo)致了接收功率較小等問(wèn)題。提高發(fā)射端的出射功率，增大接收端的接收角度，并增強(qiáng)接收端的聚光效率成為了無(wú)線光通信的重中之重。本文為了解決以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了三種光學(xué)器件，用以無(wú)線光通信系統(tǒng)中，從而提高無(wú)線光通信的傳輸功率和效率。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　1.為了提高可見(jiàn)光通信接收端效率和集成度，設(shè)計(jì)了一種高聚光效率、雙面鋸齒的菲涅爾透鏡

3、系統(tǒng)。在可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中，接收系統(tǒng)要求高集成度、小尺寸、高聚光效率、大接收角。為了滿足以上設(shè)計(jì)要求，本文依據(jù)傳統(tǒng)的可見(jiàn)光接收天線“單面為鋸齒的菲涅爾透鏡”，設(shè)計(jì)了一種新型的接收天線“雙面均為鋸齒的新型透鏡”;在文中給出了設(shè)計(jì)方法及模擬結(jié)果，并與傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡的聚光率、F數(shù)等進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)的新型透鏡有更小的體積和光斑尺寸，更強(qiáng)的聚光效率，更短的焦距，這使得整個(gè)接收系統(tǒng)的集成度和接收功率更高。
　　2.針對(duì)LED光源發(fā)散

4、角大，能量利用率低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種自由曲面LED光源準(zhǔn)直系統(tǒng)。光源因其高電光轉(zhuǎn)化效率、低能耗、無(wú)污染、低發(fā)熱、超長(zhǎng)壽命和體積小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于許多行業(yè)和領(lǐng)域之內(nèi)。LED是朗伯型光源，對(duì)于不同領(lǐng)域的應(yīng)用這可能是優(yōu)勢(shì)也有可能是缺點(diǎn)。因此，滿足各領(lǐng)域的配光元件的設(shè)計(jì)一直都是一個(gè)重要的課題。在無(wú)線光通信中，朗伯光源過(guò)大的發(fā)散角會(huì)影響傳輸?shù)男?本文基于平凸透鏡和凹凸透鏡設(shè)計(jì)了兩種自由曲面的LED光源的準(zhǔn)直系統(tǒng)，并進(jìn)行光學(xué)模擬以及參數(shù)比較。

5、
　　3.為了提高無(wú)線光通信接收端的光學(xué)效率和均勻度，本文在傳統(tǒng)圓柱形導(dǎo)光柱的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)圓臺(tái)型反光裝置，設(shè)計(jì)了一種新型導(dǎo)光柱結(jié)構(gòu)。在文中給出了普通和新型導(dǎo)光柱設(shè)計(jì)的原理和方法，以PC為材料針對(duì)三種不同LED發(fā)散角設(shè)計(jì)了兩種導(dǎo)光柱，又用光線追蹤法對(duì)以上幾個(gè)導(dǎo)光柱的傳光特性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的新型導(dǎo)光柱即使在大發(fā)散角LED的情況下，也能夠保持很高的傳輸效率和很好的勻光特性。相同條件下，本文設(shè)計(jì)的導(dǎo)光柱輸出光效率