本發(fā)明涉及光通信，具體涉及一種水下無(wú)線光通信綠光光源器件及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、海洋資源的開(kāi)發(fā)和利用與水下通信的發(fā)展密不可分，相關(guān)研究工作日益受到人們的重視。水下通信分為有線和無(wú)線兩種方式，前者指利用光纖進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，盡管具有傳輸速率高、容量大、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但海底光纜成本較高且易遭受海水侵蝕及海底生物的破壞，限制了水下通信的廣泛應(yīng)用。水下無(wú)線通信技術(shù)目前分為水聲通信、水下射頻通信和水下可見(jiàn)光通信三種類(lèi)型，水聲通信速率低，易出現(xiàn)延時(shí)，而且聲波容易對(duì)水下生物造成不利影響，系統(tǒng)設(shè)備體積龐大，能耗較大；水下射頻通信的載波電磁波在水下衰減嚴(yán)重，通信距離不足10米，無(wú)法滿足未來(lái)遠(yuǎn)距離、高速率的無(wú)線通信；水下光通信是一項(xiàng)以光波作為信息載體的新興技術(shù)，相較于前兩者具備通信速率高、容量大、安全性好的優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于水下航行、深海采礦、海底監(jiān)測(cè)/測(cè)繪等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

2、然而，水體對(duì)光的強(qiáng)散射與吸收嚴(yán)重限制了水下無(wú)線光通信的通信距離，影響了其大規(guī)模應(yīng)用。研究表明，水對(duì)450～550納米波段的藍(lán)綠光表現(xiàn)出相對(duì)較低的衰減，因此水下光通信光源首選藍(lán)綠光源，又由于沿岸海水中富含浮游生物、碎屑和懸浮物質(zhì)，易引起較大的吸收與米氏散射，此時(shí)透射率最大值波段向綠光波段移動(dòng)；總之，光在海水中的衰減特性隨海面深度與離海岸距離而發(fā)生變化，通常深海適合使用藍(lán)光光源，沿海與湖泊更適合使用綠光光源。在水下無(wú)線光通信中，光源發(fā)射器件是實(shí)現(xiàn)信息高速率與遠(yuǎn)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵組成部分，而光源的選擇對(duì)于水下無(wú)線光通信系統(tǒng)發(fā)射器件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要，要求其具有高光輸出功率、高調(diào)制帶寬、高能量轉(zhuǎn)換效率、低工作電壓，以適應(yīng)器件微型化的要求，且能夠維持長(zhǎng)期的正常運(yùn)行。目前適用于沿海水域的水下無(wú)線光通信的兩種綠光光源中，綠光發(fā)光二極管(led)發(fā)光功率低且發(fā)散角大，盡管可通過(guò)led陣列增大發(fā)射光功率，但這種方式導(dǎo)致器件體積龐大，不利于水下導(dǎo)航器件的微型化；另外，綠光半導(dǎo)體激光(ld)雖然準(zhǔn)直性好，但存在電光轉(zhuǎn)換效率低、功率小、壽命短、成本高等問(wèn)題，限制了其在水下無(wú)線光通信領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種水下無(wú)線光通信綠光光源器件及其應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種水下無(wú)線光通信綠光光源器件，包括：

3、激光模組，所述激光模組用于產(chǎn)生藍(lán)光激光；

4、熒光轉(zhuǎn)換器，所述熒光轉(zhuǎn)換器用于將所述藍(lán)光激光轉(zhuǎn)換為綠光熒光；以及

5、鏡頭組，所述鏡頭組用于對(duì)所述熒光轉(zhuǎn)換器輸出的綠光熒光進(jìn)行光束聚焦與準(zhǔn)直。

6、進(jìn)一步的，所述激光模組包含一個(gè)或多個(gè)藍(lán)光激光二極管，其發(fā)射的主波長(zhǎng)位于420～480納米之間。

7、進(jìn)一步的，所述熒光轉(zhuǎn)換器，能夠吸收所述藍(lán)光激光，并將其轉(zhuǎn)化成波長(zhǎng)范圍位于480～800納米的可見(jiàn)光，熒光轉(zhuǎn)換器的發(fā)射光的主波長(zhǎng)為綠光。

8、進(jìn)一步的，所述熒光轉(zhuǎn)換器為透射式熒光轉(zhuǎn)換器或反射式熒光轉(zhuǎn)換器。

9、進(jìn)一步的，所述熒光轉(zhuǎn)換器中使用的熒光材料為熒光陶瓷、熒光薄膜或熒光薄膜與導(dǎo)熱基板的復(fù)合構(gòu)件。

10、進(jìn)一步的，所述反射式熒光轉(zhuǎn)換器包括導(dǎo)熱基板和第一熒光轉(zhuǎn)換材料，導(dǎo)熱基板與第一熒光轉(zhuǎn)換材料之間通過(guò)導(dǎo)熱膠連接；導(dǎo)熱基板采用高導(dǎo)熱材料，第一熒光轉(zhuǎn)換材料為熒光陶瓷或熒光薄膜復(fù)合材料。

11、進(jìn)一步的，所述透射式熒光轉(zhuǎn)換器包括透明導(dǎo)熱基板和第二熒光轉(zhuǎn)換材料；兩者之間通過(guò)導(dǎo)熱膠連接；透明導(dǎo)熱基板為透明的單晶基板或透明的金剛石；第二熒光轉(zhuǎn)換材料為透明熒光陶瓷或熒光薄膜復(fù)合材料。

12、進(jìn)一步的，所述鏡頭組為透鏡、棱鏡、反光碗中的一個(gè)或多個(gè)的組合體，激光模組的發(fā)射光中心與鏡頭組的焦點(diǎn)在同一軸線上，通過(guò)鏡頭組的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，將熒光轉(zhuǎn)換器發(fā)射的綠光收束為準(zhǔn)直光線，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播。

13、第二方面，本發(fā)明提供了一種水下無(wú)線光通信綠光光源器件的應(yīng)用，應(yīng)用在水下無(wú)線光通信系統(tǒng)中，與電子元器件耦合，使發(fā)射的綠光熒光被調(diào)制，通過(guò)綠光熒光實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)射與接收。

14、進(jìn)一步的，其光源光輸出功率大于1毫瓦，光通量大于100流明，電光轉(zhuǎn)換效率大于1％，調(diào)制帶寬大于1千赫茲。

15、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及有益效果為：

16、本發(fā)明在光學(xué)領(lǐng)域取得了顯著的突破，特別是通過(guò)采用高功率藍(lán)光驅(qū)動(dòng)熒光轉(zhuǎn)換材料的方式，成功實(shí)現(xiàn)了高亮度綠光的發(fā)射。這一創(chuàng)新不僅使得綠光光源器件具備了高光輸出功率、高調(diào)制帶寬和高能量轉(zhuǎn)換效率等顯著優(yōu)點(diǎn)，更在多個(gè)方面超越了傳統(tǒng)的綠光激光器。

17、(1)首先，在電光轉(zhuǎn)換效率方面，本發(fā)明的綠光光源器件通過(guò)精細(xì)的熒光轉(zhuǎn)換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了更高的能量轉(zhuǎn)換效率，有效解決了傳統(tǒng)綠光激光器在電光轉(zhuǎn)換效率上的短板。這意味著在相同的能量輸入下，本發(fā)明的綠光光源器件能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的綠光輸出，極大地提升了其在實(shí)際應(yīng)用中的效能。

18、(2)其次，在功率輸出方面，本發(fā)明的綠光光源器件由于采用了高功率藍(lán)光驅(qū)動(dòng)，因此具有更高的光輸出功率。這一特點(diǎn)使得它在水下光通信遠(yuǎn)距離通信等應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)，能夠確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸和可靠接收。

19、(3)再者，使用壽命方面，本發(fā)明的綠光光源器件通過(guò)優(yōu)化材料和結(jié)構(gòu)，顯著延長(zhǎng)了使用壽命。相比傳統(tǒng)綠光激光器易損耗、易老化的特點(diǎn)，本發(fā)明的綠光光源器件具有更高的穩(wěn)定性和可靠性，為用戶提供了更長(zhǎng)的使用壽命和更低的維護(hù)成本。

20、(4)最后，在成本方面，由于其高效能、長(zhǎng)壽命和廣泛應(yīng)用前景，使得其在實(shí)際應(yīng)用中具有更低的綜合成本。

21、綜上，本發(fā)明的綠光光源器件通過(guò)采用高功率藍(lán)光驅(qū)動(dòng)熒光轉(zhuǎn)換材料的方式，實(shí)現(xiàn)了高亮度綠光的發(fā)射，并在多個(gè)方面超越了傳統(tǒng)的綠光激光器。它不僅具有高光輸出功率、高調(diào)制帶寬和高能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)，還解決了電光轉(zhuǎn)換效率低、功率小、使用壽命短、成本高等問(wèn)題，更好地滿足了水下光通信遠(yuǎn)距離通信等應(yīng)用的需求。

技術(shù)特征：

1.一種水下無(wú)線光通信綠光光源器件，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下無(wú)線光通信綠光光源器件，其特征在于，所述激光模組包含一個(gè)或多個(gè)藍(lán)光激光二極管，其發(fā)射的主波長(zhǎng)位于420～480納米之間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下無(wú)線光通信綠光光源器件，其特征在于，所述熒光轉(zhuǎn)換器，能夠吸收所述藍(lán)光激光，并將其轉(zhuǎn)化成波長(zhǎng)范圍位于480～800納米的可見(jiàn)光，熒光轉(zhuǎn)換器的發(fā)射光的主波長(zhǎng)為綠光。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下無(wú)線光通信綠光光源器件，其特征在于，所述熒光轉(zhuǎn)換器為透射式熒光轉(zhuǎn)換器或反射式熒光轉(zhuǎn)換器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下無(wú)線光通信綠光光源器件，其特征在于，所述熒光轉(zhuǎn)換器中使用的熒光材料為熒光陶瓷、熒光薄膜或熒光薄膜與導(dǎo)熱基板的復(fù)合構(gòu)件。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水下無(wú)線光通信綠光光源器件，其特征在于，所述反射式熒光轉(zhuǎn)換器包括導(dǎo)熱基板和第一熒光轉(zhuǎn)換材料，導(dǎo)熱基板與第一熒光轉(zhuǎn)換材料之間通過(guò)導(dǎo)熱膠連接；導(dǎo)熱基板采用高導(dǎo)熱材料，第一熒光轉(zhuǎn)換材料為熒光陶瓷或熒光薄膜復(fù)合材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水下無(wú)線光通信綠光光源器件，其特征在于，所述透射式熒光轉(zhuǎn)換器包括透明導(dǎo)熱基板和第二熒光轉(zhuǎn)換材料，兩者之間通過(guò)導(dǎo)熱膠連接；透明導(dǎo)熱基板為透明的單晶基板或透明的金剛石；第二熒光轉(zhuǎn)換材料為透明熒光陶瓷或熒光薄膜復(fù)合材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下無(wú)線光通信綠光光源器件，其特征在于，所述鏡頭組為透鏡、棱鏡、反光碗中的一個(gè)或多個(gè)的組合體，激光模組的發(fā)射光中心與鏡頭組的焦點(diǎn)在同一軸線上，通過(guò)鏡頭組的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，將熒光轉(zhuǎn)換器發(fā)射的綠光收束為準(zhǔn)直光線，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播。

9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)水下無(wú)線光通信綠光光源器件的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用在水下無(wú)線光通信系統(tǒng)中，與電子元器件耦合，使發(fā)射的綠光熒光被調(diào)制，通過(guò)綠光熒光實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)射與接收。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水下無(wú)線光通信綠光光源器件的應(yīng)用，其特征在于，其光源光輸出功率大于1毫瓦，光通量大于100流明，電光轉(zhuǎn)換效率大于1％，調(diào)制帶寬大于1千赫茲。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種水下無(wú)線光通信綠光光源器件及其應(yīng)用，包括激光模組，所述激光模組用于產(chǎn)生藍(lán)光激光；熒光轉(zhuǎn)換器，所述熒光轉(zhuǎn)換器用于將所述藍(lán)光激光轉(zhuǎn)換為綠光熒光；以及鏡頭組，所述鏡頭組用于對(duì)所述熒光轉(zhuǎn)換器輸出的綠光熒光進(jìn)行光束聚焦與準(zhǔn)直。本發(fā)明的綠光光源器件通過(guò)精細(xì)的熒光轉(zhuǎn)換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了更高的能量轉(zhuǎn)換效率，有效解決了傳統(tǒng)綠光激光器在電光轉(zhuǎn)換效率上的短板；本發(fā)明的綠光光源器件由于采用了高功率藍(lán)光驅(qū)動(dòng)，因此具有更高的光輸出功率。這一特點(diǎn)使得它在水下光通信遠(yuǎn)距離通信等應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)，能夠確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸和可靠接收；本發(fā)明的綠光光源器件通過(guò)優(yōu)化材料和結(jié)構(gòu)，顯著延長(zhǎng)了使用壽命，進(jìn)而具有更低的綜合成本。

技術(shù)研發(fā)人員：李淑星,郭玉琴,解榮軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門(mén)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/24