專利名稱：用于控制自由空間光通信系統(tǒng)中接收功率級的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，尤其涉及自由空間光數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
用物理線路或電纜連接兩個或多個地點的傳統(tǒng)通信系統(tǒng)通常受限于相對低速、低容量的應(yīng)用中，為克服這些缺陷，最近開發(fā)的系統(tǒng)使用了光纖。然而光纖仍要求使用物理光纜連接。為解決這個問題，已開發(fā)出利用自由空間發(fā)射一個或多個調(diào)制有數(shù)據(jù)的光束的系統(tǒng)。使用這種光束的系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的基于有線的系統(tǒng)大大提高了數(shù)據(jù)速率和容量率，高達每秒10G字節(jié)，同時避免了在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，鋪設(shè)光纜以物理連接系統(tǒng)中的各個地點所耗費的基礎(chǔ)設(shè)施成本。自由空間光通信系統(tǒng)不使用光纜，而是部分由至少一個發(fā)射望遠鏡和至少一個接收望遠鏡構(gòu)成，用于在兩個或多個通信地點之間分別發(fā)送和接收信息。每個望遠鏡的光學系統(tǒng)至少包括一個主反射鏡(primary mirror)和一個次反射鏡(secondary mirror)或透鏡。發(fā)射望遠鏡使用其光學系統(tǒng)發(fā)送光束到接收望遠鏡。接收望遠鏡使用其光學系統(tǒng)聚焦輸入光束到望遠鏡的焦平面上。通常，每個望遠鏡連接一個通信網(wǎng)絡(luò)或其它信息源/目的地。在操作中，發(fā)射望遠鏡通過電纜或無線傳輸接收來自其相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的信息，接著發(fā)送調(diào)制有這個信息的光束到一個或多個目的接收望遠鏡。每個接收望遠鏡接著通過電纜或無線傳輸中繼數(shù)據(jù)到其相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的預(yù)定目的地。
前面提到的自由空間通信系統(tǒng)因此顯然具有減小安裝和維護網(wǎng)絡(luò)的物理硬線(hard-wired)部分相關(guān)的成本，同時增大傳輸容量的優(yōu)點。然而，自由空間光通信可能受多種因素的制約。例如，由于發(fā)射和接收望遠鏡相距遙遠，首先校準望遠鏡以確保發(fā)射光束入射到接收望遠鏡的焦平面上就很難實現(xiàn)。另外，即使首先校準好了望遠鏡，在發(fā)射期間光束的任何位移，或發(fā)射或接收望遠鏡或它們的相應(yīng)物理安裝平臺的任何移動都將導(dǎo)致發(fā)射和接收望遠鏡校不準。如果發(fā)射和接收望遠鏡未校準，發(fā)射光束不入射到接收望遠鏡的焦平面上，或只是部分入射，導(dǎo)致通信連接損耗或降級。
自由空間光通信的另一問題來自于大氣條件的變化。具體地說，由于類似霧或雪等大氣條件能干擾在這種系統(tǒng)中發(fā)射的光束，因此，發(fā)射望遠鏡必須使產(chǎn)生的光束功率足以維持在這種可變條件下的通信連接。然而在不出現(xiàn)這種削弱信號的條件下，接收光束的功率將使接收望遠鏡的電子設(shè)備過載。雖然可減小激光或激光放大器的功率來調(diào)整，但這意味著設(shè)備的增益系數(shù)無法使其高效工作。因此，非常希望以足以對付預(yù)期的最壞條件的固定功率級操控設(shè)備，而且在必要時減弱光束。需要一種用于減弱光束的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
利用本發(fā)明可基本上解決前面提到的，關(guān)于在通信期間接收望遠鏡從發(fā)射望遠鏡接收到一個過高功率光束的問題。根據(jù)本發(fā)明，當超過一個指定的功率門限時，發(fā)射光束和接收光纖互相調(diào)整，以便它們不相交于焦點而是相交于發(fā)射光束的一個發(fā)散(divergence)點。在這個發(fā)散點上，發(fā)射光束的截面積增大，而單位面積的接收功率減小，從而降低了接收光纖的輸入功率。
根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例，改變發(fā)射光束的發(fā)散，以便有效地增大入射到接收望遠鏡的光束的截面積。發(fā)射光束的這種發(fā)散是通過在z方向上沿發(fā)射望遠鏡縱軸移動位于發(fā)射望遠鏡主反射鏡焦平面上的光纖到焦平面前方一點實現(xiàn)的。發(fā)射望遠鏡產(chǎn)生的這種光束增大了發(fā)射光束在接收望遠鏡上的截面積。截面越大，相應(yīng)地導(dǎo)致單位截面積的接收功率降低。因此，接收望遠鏡焦平面上的任何一點單位面積所承受的功率級降低，而且位于接收望遠鏡焦平面上的接收光纖接收的信號功率也將降低。通過在z方向上沿發(fā)射望遠鏡的縱軸移動發(fā)射光纖到焦平面后方一點也可實現(xiàn)類似的單位面積功率級降低。這種移動將導(dǎo)致發(fā)射光束會聚，由于產(chǎn)生的光束截面更小，因此更容易受大氣擾動的影響。然而使用自適應(yīng)光學系統(tǒng)或其它校正測量將能補償由于這些擾動造成的任何信號干擾。通過監(jiān)視接收望遠鏡的信號功率以及為發(fā)射望遠鏡提供反饋，發(fā)射光束的發(fā)散被改變直到接收望遠鏡焦平面上的功率級被減小為或低于一個指定門限。如果天氣條件從最佳情況開始惡化，發(fā)射光纖可沿發(fā)射望遠鏡主反射鏡的z軸移回靠近焦平面的一點，以便發(fā)射光束更可能地聚焦，由此使得單位截面積的功率增大。
或者，在本發(fā)明的第二個實施例中，不是移動位于發(fā)射望遠鏡的光纖，而且在z方向上沿接收望遠鏡的縱軸移動位于接收望遠鏡主反射鏡焦平面上的光纖到接收望遠鏡焦平面后方一點?；蛘?，為實現(xiàn)類似的信號功率降低，可沿接收望遠鏡的縱軸移動接收光纖到焦平面前方一點。在移動發(fā)射光纖的情況下，這種移動將不會導(dǎo)致接收信號的質(zhì)量降低。由于在焦平面內(nèi)的焦點上能實現(xiàn)接收功率最大，因此接收光纖沿z-方向離開焦點將導(dǎo)致接收功率降低。同樣，通過監(jiān)視接收信號的功率以及調(diào)整接收光纖的位置，接收功率可根據(jù)需要增大或降低。


圖1示出了在正常通信條件期間利用現(xiàn)有技術(shù)的望遠鏡裝置的光通信系統(tǒng)；圖2示出了利用現(xiàn)有技術(shù)的望遠鏡裝置的光通信系統(tǒng)，其中在接收和發(fā)射望遠鏡之間諸如擾動或衰減的干擾將造成通信降級或損耗；圖3示出了利用現(xiàn)有技術(shù)的望遠鏡裝置的光通信系統(tǒng)，其中發(fā)射和接收望遠鏡之間的相對移動將造成通信損耗或降級；圖4示出的光通信系統(tǒng)包括一個具有可移動光學系統(tǒng)的望遠鏡，便于校準發(fā)射和接收望遠鏡；圖5示出了圖4系統(tǒng)中的發(fā)射望遠鏡，該望遠鏡能發(fā)散發(fā)射光束，由此保持接收信號的功率低于一個指定門限；以及圖6示出了圖4系統(tǒng)中的接收望遠鏡，該望遠鏡能保持接收信號的功率低于一個指定門限。
具體實施例方式
圖1示出了在正常的校準工作條件期間，自由空間光通信系統(tǒng)中的兩個現(xiàn)有技術(shù)望遠鏡光通信望遠鏡101和102。激光130產(chǎn)生的光束被從網(wǎng)絡(luò)110接收的數(shù)據(jù)調(diào)制，并通過光纖106發(fā)射。發(fā)射望遠鏡101經(jīng)光纖106接收調(diào)制的光信號。接著，主反射鏡120和次反射鏡121光成像，并發(fā)射調(diào)制的光束以便該光束入射到接收望遠鏡102的焦平面125上。接收望遠鏡102利用其光學系統(tǒng)(包括主反射鏡122和次反射鏡123)聚焦入射的發(fā)射調(diào)制光束103到位于接收望遠鏡102焦平面125上的接收光纖112。接收光纖接著發(fā)送調(diào)制的光信號到接收機129，接收機129將光信號轉(zhuǎn)換為電信號、解調(diào)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)109。
然而，在某些情形下，發(fā)射望遠鏡101發(fā)射的光束可能不會入射到位于接收望遠鏡102焦平面的光纖上。例如，安裝望遠鏡首先要求校準，以確保發(fā)射的光束入射到接收望遠鏡的焦平面上。這就必須在發(fā)射和接收望遠鏡之間建立初始通信連接。而且如圖2所示，在沿望遠鏡201和202之間路徑上的任何大氣干擾，如擾動204或衰減205，將造成發(fā)射光束203偏離發(fā)射和接收望遠鏡之間的直接路徑，這樣將部分或完全入射不到望遠鏡202。結(jié)果是兩個望遠鏡之間的通信出現(xiàn)損耗或降級。在這種情況下必須重新校準以重新建立通信連接并使接收信號功率最大。
圖3示出了另一種現(xiàn)有技術(shù)情形，即，發(fā)射望遠鏡發(fā)射的光束不入射到接收望遠鏡的焦平面上。在這種情況下，由于剛開始未校準，或發(fā)射和接收望遠鏡在通信操作期間出現(xiàn)相對移位，發(fā)射望遠鏡301發(fā)射的光束303不入射到接收望遠鏡302。通信操作期間的這種移位可能源于大風天氣狀況、基座結(jié)構(gòu)移動，或任何其它潛在的原因。
圖4示出了本發(fā)明的一個使用發(fā)射光束的可變發(fā)散首先校準發(fā)射和接收望遠鏡，和/或通信期間重新校準發(fā)射和接收望遠鏡失調(diào)的實施例。在圖4的自由空間通信系統(tǒng)中，激光419產(chǎn)生的光束被調(diào)制器418調(diào)制來自網(wǎng)絡(luò)410的數(shù)據(jù)。經(jīng)調(diào)制的這個光束接著發(fā)送到望遠鏡401，望遠鏡401形成光束403以便其入射到連接網(wǎng)絡(luò)409的接收望遠鏡402的焦平面上。盡管在網(wǎng)絡(luò)409和410之間可能有一個物理、硬線、相對低帶寬的連接417，但自由空間系統(tǒng)能在這些網(wǎng)絡(luò)之間提供一個高速和大容量的鏈路。
根據(jù)本發(fā)明，在首次校準之前，發(fā)射的光束可能不會入射到接收望遠鏡402的焦平面上。因此，參考圖5，在首次校準望遠鏡期間，位于發(fā)射望遠鏡焦平面上的光纖406在z方向上沿發(fā)射望遠鏡主反射鏡420的縱軸移動到焦平面前方一點，從而使光束504在從發(fā)射望遠鏡發(fā)射后被發(fā)散出去。因此，光束的發(fā)射截面積不是圖1中光束103所示的相同截面積，而是隨著距離發(fā)射望遠鏡401越遠，光束的發(fā)散截面積越大。因此，這就增加了發(fā)散的發(fā)射光束403入射到圖4中位于接收望遠鏡焦平面上的光纖412的可能性。然而光束截面積的增大導(dǎo)致，對于圖4中接收望遠鏡402上的任何給定截面積，與具有相同截面積的聚焦光束相比信號功率降低，因為聚焦的非發(fā)散光束能實現(xiàn)最大接收信號功率。因此，一旦檢測到發(fā)散的發(fā)射光束入射到接收望遠鏡，而且發(fā)射和接收望遠鏡以下述方式校準，那么通過在z方向上移動光纖406返回發(fā)射望遠鏡的焦平面減小發(fā)散量，發(fā)射光束可再次被聚焦。發(fā)射光束的截面越小，導(dǎo)致發(fā)射望遠鏡上單位面積的發(fā)射光束功率越大。這種可變發(fā)散再加上重新校準，便于通過校正任何初始失調(diào)實現(xiàn)可能的最大信號功率。這種方法也可用于校正在通信操作期間發(fā)射和接收望遠鏡之間出現(xiàn)的后續(xù)失調(diào)。
為校準發(fā)射和接收望遠鏡，希望有一種反饋機制能在二者之間傳遞信息。再次參考圖4，在接收望遠鏡402，輸入光束被光電檢測器432轉(zhuǎn)換為電信號，傳送到接收機429。功率計408測量接收信號的信號功率并將這個測量值傳遞給控制器430。在首次校準階段，這個接收信號的功率可為0或低于一個指定的最小值?？刂破?30接著發(fā)送一個信號到發(fā)射望遠鏡的控制器415以開始發(fā)散該發(fā)射光束。當控制器415接收到這個信號時，輸出一個信號到電動級(motorized stage)416，使光纖406沿發(fā)射望遠鏡主反射鏡的縱軸(z軸)移動到發(fā)射望遠鏡401焦平面的前方。應(yīng)注意，可采用任何機制在z方向上移動位于發(fā)射望遠鏡焦平面上的光纖，如利用有限步驟校準的刻痕(indent)。這種設(shè)備在技術(shù)上是公知的。如前所述，移動光纖到發(fā)射望遠鏡焦平面前方一點將導(dǎo)致發(fā)射光束403發(fā)散，以便接收望遠鏡402的截面增大。
為重新校準望遠鏡，必須使發(fā)射光束改向，以便光束在不發(fā)散時入射到接收望遠鏡。因此，在本發(fā)明的一個實施例，利用常平架(gimbal)或任何已知的等效設(shè)備移動整個發(fā)射望遠鏡以使發(fā)射光束改向，以便其入射到接收望遠鏡。在本發(fā)明的另一實施例中，由一個非標準錐形(conic)常數(shù)定義的反射鏡可分別用于發(fā)射和接收望遠鏡401和402的光學系統(tǒng)。在自由空間光通信中使用這種反射鏡就是在此作為參考的前面提到的共同等待審查的專利申請的要點。具有非標準錐形常數(shù)的反射鏡的優(yōu)勢在于，它們在自由空間光通信中的使用避免了(在一些限制內(nèi))移動整個發(fā)射望遠鏡構(gòu)架來實現(xiàn)首次校準，或校正通信操作期間的調(diào)整。而且通過使用這種反射鏡，發(fā)射和接收望遠鏡的焦平面增大。通過在增大的焦平面內(nèi)移動發(fā)射光纖，產(chǎn)生的光束以相對于發(fā)射望遠鏡的不同角度方向發(fā)射。因此，與現(xiàn)有技術(shù)自由空間通信望遠鏡必須移動整個望遠鏡裝置401相反，可通過在發(fā)射望遠鏡焦平面內(nèi)的x-y平面移動光纖406可校準使用具有非標準錐形常數(shù)的反射鏡的發(fā)射望遠鏡，以便發(fā)射光束入射到接收望遠鏡。
由于移動發(fā)射望遠鏡所造成的任何失調(diào)可通過上述的移動發(fā)射望遠鏡或移動發(fā)射光纖來校正。然而，在接收望遠鏡沒有對準發(fā)射望遠鏡，或大氣中有多個擾動或衰減源的情況下，還必須移動接收望遠鏡以實現(xiàn)校準。因此，在本發(fā)明的另一實施例中，利用常平架或任何已知的等效設(shè)備移動整個接收望遠鏡402以實現(xiàn)發(fā)射和接收望遠鏡之間對準，從而使接收的信號功率最大。然而，在使用具有非標準錐形常數(shù)反射鏡的本發(fā)明的另一實施例中，也不必移動整個接收望遠鏡。而且在發(fā)射望遠鏡中，通過在接收望遠鏡焦平面內(nèi)的x-y平面移動光纖412，使用具有非標準錐形常數(shù)的反射鏡的接收望遠鏡可對準發(fā)射望遠鏡，以便發(fā)射光束入射到接收光纖。
隨著整個發(fā)射望遠鏡401或接收望遠鏡402(或這些望遠鏡中的光纖406或412)被移動以便光束403入射到接收光纖412，可降低發(fā)射光束403的發(fā)散以得到一個更聚焦的發(fā)射光束403。為更好地聚焦，接收望遠鏡的控制器430發(fā)送一個信號到發(fā)射望遠鏡的控制器415，使其減小發(fā)射光束的發(fā)散。這是通過電動級416實現(xiàn)的，電動級416沿發(fā)射望遠鏡主反射鏡420的縱軸(z軸)移動光纖406到接近發(fā)射望遠鏡焦平面的一點。反復(fù)功率測量，再加上改變發(fā)射光束403的發(fā)散度以及移動接收望遠鏡402或接收光纖412以響應(yīng)這些測量，對于校準發(fā)射和接收望遠鏡401和402都是必要的。
一旦如上所述實現(xiàn)了校準，可能確定結(jié)果產(chǎn)生的最大功率級不是通信操作的最佳功率級。例如，在自由空間通信系統(tǒng)中，最大發(fā)射功率級必須為，即使在霧天或雪天條件下也能進行通信的功率級。這意味著在晴朗的大氣條件下，最大接收功率級可能過載接收機的電子設(shè)備。因此，如果接收功率超過一個指定門限，通過沿發(fā)射或接收望遠鏡401和402的主反射鏡的z軸分別移動相應(yīng)望遠鏡的光纖可降低接收光纖接收的功率。
在第一種情況下，是通過沿發(fā)射望遠鏡主反射鏡420的z軸移動發(fā)射光纖406到發(fā)射望遠鏡的焦平面前方一點實現(xiàn)接收功率的降低的。在操作期間，如果功率計408測量的接收信號功率超過該指定門限，控制器430發(fā)射一個信號到發(fā)射望遠鏡的控制器415以減小發(fā)射功率?？刂破?15接著發(fā)射一個信號到電動級416，使得光纖406沿發(fā)射望遠鏡主反射鏡的縱軸(z軸)被移動到焦平面前方一點。參考圖5，這樣移動發(fā)射光纖406使得發(fā)射光束504發(fā)散，從而增大了發(fā)射光束在接收望遠鏡焦平面上的截面積。而且，如前所述，光束截面積的增大降低了接收信號單位截面積的功率，導(dǎo)致入射到位于圖4中的接收望遠鏡402焦平面的接收光纖412上的功率減小。功率計408反復(fù)測量接收信號功率，再加上測量值被反饋到發(fā)射控制器415，使得能調(diào)整發(fā)射光纖406的位置以維持接收功率級低于一個指定的最大功率門限。通過移動發(fā)射光纖到發(fā)射望遠鏡焦平面后方也可實現(xiàn)接收功率的類似降低。然而這種移動將導(dǎo)致發(fā)射光束在入射到接收望遠鏡之前會聚到發(fā)射光束路徑上的一點。由于大氣擾動的影響，截面積較小的光束相比截面積較大的光束更容易失真。因此，如果缺乏減小或消除這種失真的校正測量(例如適應(yīng)性光學系統(tǒng))，通過移動發(fā)射光纖到焦平面后方產(chǎn)生的接收信號功率降低可能導(dǎo)致接收光纖接收的信號質(zhì)量太低。
在第二種情況下，當接收信號功率超出該指定門限時，通過在z方向上沿接收望遠鏡主反射鏡422的縱軸移動接收光纖可實現(xiàn)接收功率降低。在這種情況下，光纖可移動到接收望遠鏡焦平面的前方一點或移動到接收望遠鏡焦平面的后方一點。任何一種移動都將導(dǎo)致入射到接收光纖上的信號功率降低，但不降低接收信號的質(zhì)量。圖6示出了接收光纖移動到接收焦平面后方一點的情形。在這種情況下，接收望遠鏡402分別利用其主反射鏡和次反射鏡422和423聚焦輸入光束到主反射鏡422的焦平面內(nèi)一點601。這個焦點就是最大接收功率點。然而，一旦輸入光束通過焦點601，就開始發(fā)散，因此隨著光束離開焦點的距離增大，光束的單位面積功率降低。如果圖4中的功率計408測量的接收信號功率超過該指定門限，控制器430發(fā)送一個信號到XYZ定位器411以使光纖412移動到距離焦點601后方某個距離(如距離603)的一點，從而降低入射到接收光纖上的功率。前面討論過，通過移動光纖到接收焦平面前方一點也可實現(xiàn)類似的功率降低。通過在功率計408反復(fù)測量接收功率級，控制器430可發(fā)送信號到XYZ定位器411以調(diào)整接收光纖412的位置，以便維持不超過一個指定的功率門限的最佳接收功率級。
前面僅示意了本發(fā)明的原理，因此應(yīng)理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能設(shè)計各種方案，這些方案盡管在此沒有明確描述或顯示，但體現(xiàn)了本發(fā)明的原理，而且包含于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。此外，在此列舉的所有例子和條件語言主要用于幫助讀者理解本發(fā)明的原理和發(fā)明人提供用于推動該技術(shù)發(fā)展的概念，而且應(yīng)認為不限制本發(fā)明到列舉的這些特定例子和條件。此外，在此列舉的本發(fā)明的各個方面和實施例以及特定例子的所有描述目的是包含本發(fā)明的等效功能。
因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)知道，在此附圖表示用于自由空間光通信的光學望遠鏡和調(diào)制有數(shù)據(jù)的光束的原理。光學組件圖在尺寸上或在與其它組件的關(guān)系上不必很精確，只是表示這些組件的可能的物理布局。而且，反射鏡僅表示一種可能用于自由空間光通信系統(tǒng)的光學系統(tǒng)?？刹捎锰峁┡c反射鏡相同功能的任何其它結(jié)構(gòu)，例如，但不限制為透鏡。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，在附圖中描繪的所有光纖僅表示在望遠鏡和網(wǎng)絡(luò)目的地之間傳輸數(shù)據(jù)的一種方法。用于從望遠鏡傳遞數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)目的地的任何其它通信方法也可作為附圖中所示方法的替代方法，而沒有任何限制。類似地，在上述的本發(fā)明實施例中，光纖位于或靠近發(fā)射和接收望遠鏡的焦平面。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認識到，任何其它設(shè)備，例如但不限制為光電檢測器，也可用作實現(xiàn)該功能的替代設(shè)備。
另外，在上述的本發(fā)明實施例中，通過沿發(fā)射望遠鏡主反射鏡縱軸移動發(fā)射光纖到該反射鏡焦平面前方一點可使發(fā)射光束發(fā)散。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到，通過移動光纖到焦平面后方一點也可實現(xiàn)同樣的效果。光纖的這種移動將導(dǎo)致光束首先會聚于發(fā)射和接收望遠鏡之間沿光束路徑上的一點。接著光束將發(fā)散，這使得也將產(chǎn)生如同在發(fā)散光束首先被發(fā)射望遠鏡發(fā)射的情況下同樣的校準功能。雖然這種截面積減小的光束更容易受大氣擾動影響，但通過使用自適應(yīng)光學系統(tǒng)或其它校正測量可校正任何這種擾動。
在上面的實施例中，接收望遠鏡的控制器經(jīng)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接傳送是否需要發(fā)散發(fā)射的光束。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然知道，這種反饋信息可通過多種不同方法實現(xiàn)，包括但不限制到，射頻發(fā)射機和接收機，或甚至自由空間光束通信。后一方法可利用與發(fā)射和接收望遠鏡共址的第二對望遠鏡實現(xiàn)。這種望遠鏡不要求進行高帶寬通信，因此沒有主通信望遠鏡那么復(fù)雜和昂貴?；蛘撸F(xiàn)有的發(fā)射和接收望遠鏡除了具有它們主要的通信功能外，還可發(fā)射該反饋信號。在這種情況下，通信系統(tǒng)可使用一個不同頻率用于反饋信號以避免與主通信信號干擾。
本發(fā)明的其它方面僅僅是表現(xiàn)其本質(zhì)的一面。例如，雖然提供的實施例使用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接與望遠鏡來回發(fā)送信息，但也可使用無線通信方法?；蛘?，XYZ控制器顯示作為移動接收望遠鏡以便與發(fā)射望遠鏡對準的裝置。還有用于實現(xiàn)這種功能的許多其它等效功能，包括但不限制為，壓電驅(qū)動器和話音-線圈設(shè)備。對于用于移動位于發(fā)射望遠鏡焦平面上的光纖的電動級也是這樣。與這種驅(qū)動器具有等效功能的任何設(shè)備都包含于本發(fā)明。
最后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還知道，可在一個通信系統(tǒng)中實現(xiàn)本發(fā)明的所有這些不同形態(tài)，或者可實現(xiàn)本發(fā)明的任何形態(tài)為一種“獨立”測量以提高通信能力。在此并不要求本發(fā)明的所有形態(tài)包含于任何一個實施例內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射望遠鏡，包括用于發(fā)射一個光束到一個接收望遠鏡的裝置；以及響應(yīng)一個指示在接收望遠鏡接收信號功率條件過度的信號而工作的裝置，用于增大入射到接收望遠鏡的發(fā)射光束的截面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射望遠鏡，其中用于增大發(fā)射光束截面積的裝置包括，用于調(diào)整發(fā)射光束以便當光束被所述發(fā)射裝置發(fā)射時發(fā)散出去的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)射望遠鏡，其中用于調(diào)整光束的裝置包括，用于沿發(fā)射望遠鏡光學系統(tǒng)的縱軸移動發(fā)射望遠鏡光纖到所述焦平面前方一點的裝置，其中該發(fā)射望遠鏡光纖用于發(fā)送光束到發(fā)射望遠鏡，并在發(fā)射望遠鏡光學系統(tǒng)的焦平面處線附近終止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射望遠鏡，其中產(chǎn)生該指示接收功率條件過度的信號，以響應(yīng)與接收望遠鏡接收的發(fā)射光束相關(guān)的至少一個可測量的信號參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)射望遠鏡，其中可測量的信號參數(shù)為信號功率。
6.一種接收望遠鏡，包括用于從一個發(fā)射望遠鏡接收一個光束的裝置；以及用于產(chǎn)生一個指示接收功率條件過度的信號的裝置，用于增大入射到接收望遠鏡的發(fā)射光束的截面積。
7.一種接收望遠鏡，包括用于從一個發(fā)射望遠鏡接收一個光束的裝置；以及用于增大入射到位于或靠近接收望遠鏡光學系統(tǒng)焦平面的接收光纖上的接收光束截面積的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的接收望遠鏡，其中增大裝置包括用于沿接收望遠鏡光學系統(tǒng)的縱軸移動接收光纖到離開接收望遠鏡焦平面一點的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的接收望遠鏡，其中移動接收光纖到離開焦平面的一點包括移動所述光纖到接收焦平面前方一點。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的接收望遠鏡，其中移動接收光纖到離開焦平面的一點包括移動所述光纖到接收焦平面后方一點。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的接收望遠鏡，其中移動裝置移動所述光纖，以響應(yīng)與所述接收望遠鏡光纖發(fā)送的信號相關(guān)的至少一個可測量的信號參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的接收望遠鏡，其中可測量的信號參數(shù)為信號功率。
13.一種自由空間光通信系統(tǒng)方法，包括響應(yīng)一個指示接收功率條件過度的信號，增大入射到接收望遠鏡的發(fā)射光束的截面積。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中增大發(fā)射光束的截面積包括調(diào)整所述光束以便當光束被發(fā)射望遠鏡發(fā)射時發(fā)散出去。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中調(diào)整光束以便其發(fā)散包括，沿發(fā)射望遠鏡光學系統(tǒng)的縱軸移動發(fā)射望遠鏡光纖到所述焦平面前方一點，其中該發(fā)射望遠鏡光纖用于發(fā)送光束到發(fā)射望遠鏡，并在發(fā)射望遠鏡光學系統(tǒng)的焦平面處線附近終止。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中產(chǎn)生該指示接收功率條件過度的信號以響應(yīng)與該接收光束相關(guān)的至少一個可測量的信號參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中可測量的信號參數(shù)為信號功率。
18.一種自由空間光通信系統(tǒng)方法，包括響應(yīng)一個指示接收功率條件過度的信號，增大入射到位于接收望遠鏡光學系統(tǒng)焦平面處或附近的接收光纖上的接收光束的截面積。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中增大接收光束的截面積包括，沿接收望遠鏡光學系統(tǒng)的縱軸移動接收光纖到離開接收望遠鏡焦平面的一點。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中移動接收光纖到離開焦平面的一點包括移動所述光纖到接收焦平面前方一點。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中移動接收光纖到離開焦平面的一點包括移動所述光纖到接收焦平面后方一點。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，還包括移動接收光纖以響應(yīng)與所述光纖發(fā)送的信號相關(guān)的至少一個可測量的信號參數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中可測量的信號參數(shù)為信號功率。
24.一種自由空間光通信系統(tǒng)，包括用于發(fā)送光束的裝置；用于接收發(fā)射的光束的裝置；以及響應(yīng)一個指示在接收裝置接收功率過度的信號而工作的裝置，用于增大入射到所述接收裝置的光束的截面積。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中發(fā)射裝置包括一個發(fā)射望遠鏡而接收裝置包括一個接收望遠鏡。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中增大裝置包括用于調(diào)整發(fā)射光束以便光束被所述發(fā)射裝置發(fā)射時發(fā)散出去。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中用于調(diào)整光束以便其發(fā)散的裝置包括，用于沿發(fā)射望遠鏡光學系統(tǒng)的縱軸移動發(fā)射望遠鏡光纖到所述焦平面前方一點的裝置，其中該發(fā)射望遠鏡光纖用于發(fā)送光束到發(fā)射望遠鏡，并在發(fā)射望遠鏡光學系統(tǒng)的焦平面處線附近終止。
28.根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中產(chǎn)生該指示接收功率過度的信號以響應(yīng)與接收望遠鏡接收的發(fā)射光束相關(guān)的至少一個可測量的信號參數(shù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中可測量的信號參數(shù)為信號功率。
30.根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中發(fā)射裝置包括一個發(fā)射望遠鏡而接收裝置包括一個位于接收望遠鏡光學系統(tǒng)焦平面處或附近的接收光纖。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中增大裝置包括用于沿接收望遠鏡光學系統(tǒng)的縱軸移動接收光纖到離開接收望遠鏡焦平面一點的裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中移動裝置移動所述光纖以響應(yīng)與所述望遠鏡光纖發(fā)送的信號相關(guān)的至少一個可測量的信號參數(shù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中可測量的信號參數(shù)為信號功率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自由空間光通信系統(tǒng),當超過一個指定功率門限時,通過相互調(diào)整發(fā)射光束和接收光纖,以便它們不相交于焦點而是相交于發(fā)射光束的一個發(fā)散點,可降低接收光纖的接收功率。通過沿發(fā)射望遠鏡的縱軸移動反射光纖到該望遠鏡焦平面前方一點,直到至少一部分光束入射到接收光纖可發(fā)散該發(fā)射光束。由此入射到接收望遠鏡的入射點上的截面積增大。結(jié)果,接收望遠鏡上單位面積的發(fā)射光束的截面功率降低,相應(yīng)地降低了入射到接收光纖上的功率。
文檔編號H04B10/10GK1347209SQ01141210
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月5日
發(fā)明者赫爾曼·M·普雷斯比, 約翰·A·泰森 申請人:朗迅科技公司