專利名稱：一種基于稀土元素摻雜光纖側(cè)面入光并泵浦放大的信息傳輸方法
—種基于稀土元素摻雜光纖側(cè)面入光并泵浦放大的信息傳輸方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無線激光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及靠稀土元素摻雜光纖側(cè)面進入信息激光并泵浦放大的信息傳輸方法，尤其涉及CT機中滑環(huán)旋轉(zhuǎn)體與固定體之間信息激光傳輸方法，以及高速列車與地面間信息激光傳輸方法。
背景技術(shù)：
目前，兩物體之間，特別是有相對運動的兩物體之間進行信息傳輸?shù)姆椒ㄒ话阌腥N:有線傳輸、無線電磁波傳輸和定焦點激光傳輸。有線傳輸法，傳輸?shù)男畔⒘看?，傳輸速度也高，但由于連接線的影響很不方便，特別是有相對運動的物體之間可能無法使用導(dǎo)線聯(lián)接。無線電磁波傳輸法，傳輸信息的速度也很快，但由于當(dāng)前電磁波通信技術(shù)速率瓶頸，對于每秒數(shù)G甚至幾十G的大容量即時信息也難以實現(xiàn)。定焦點激光傳輸發(fā)，對于相對靜止的物體之間可以實現(xiàn)信息的大容量高速傳輸，但對于相對運動的物體之間則很難，原因是無法實現(xiàn)定焦點激光傳輸，或很難保持定焦點激光傳輸。
另外，對于光纖激光通信，要求入射激光要從光纖端面進入光纖，一般是激光先經(jīng)過準直處理滿足光纖數(shù)值孔徑要求后，再由光纖端面導(dǎo)入光纖中。
以上緣由在眾多領(lǐng)域限制了兩物體之間，特別是有相對運動的兩物體之間通信技術(shù)的發(fā)展。典型的有CT機滑環(huán)通信，滑環(huán)旋轉(zhuǎn)體上的信息要傳輸?shù)酵饷娴墓潭w上，由于旋轉(zhuǎn)體要連續(xù)轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致有線通信無法實現(xiàn)。目前CT機滑環(huán)通信技術(shù)，不論醫(yī)療CT機還是工業(yè)CT機大都是采用電磁波通信法(滑動接觸傳輸誤碼率高)，這對于越來越需要大容量即時信息通信的需求，成為一種技術(shù)壁壘，CT機滑環(huán)的無線激光通信技術(shù)正被很多的人研究。如在專利號為200510135526.1和200610002618.7的專利中，分別公開了一種基于光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)腃T滑環(huán)系統(tǒng)，在這兩個專利中均將旋轉(zhuǎn)部分信息激光投射到外部光纖束端面，再經(jīng)光纖傳導(dǎo)完成無線通信。由于激光接收區(qū)域需要一定的面積，而導(dǎo)光光纖端面直徑又很小(約幾十微米)，導(dǎo)致使用光纖數(shù)量巨大，從而也無法完成光纖信息的接收，難于實用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種激光非定焦傳輸發(fā)，采用稀土元素摻雜光纖(可透光涂覆層)，讓入射信息激光以傾斜的方式投射到光纖側(cè)面，少量進入稀土元素摻雜光纖并沿光纖傳導(dǎo)的信息激光，在泵浦激光的作用下，能量逐漸增加并到達光纖末端光學(xué)器件，被提取利用。入射信息激光的發(fā)射源和稀土元素摻雜光纖分別安裝在兩個物體上，從而可完成兩物體之間的無線激光通信。對于有相對運動的物體，稀土元素摻雜光纖可按相對運動的軌跡鋪設(shè)，或發(fā)射源按相對運動軌跡布置(可能多點位)，保持信息激光始終投射在稀土元素摻雜光纖側(cè)面上，從而完成動態(tài)無線激光通信。
如圖1所示，信息入射激光9以一定的夾角斜射到稀土元素摻雜光纖3的側(cè)面上，由于實際傳光介質(zhì)的不完全均勻性，會有少量光線發(fā)生漫反射沿光纖傳導(dǎo)，特別是當(dāng)入射角α滿足光纖內(nèi)入射角β發(fā)生全反射條件時，將會有一定量的信息激光沿光纖傳導(dǎo)，這些傳導(dǎo)的信息激光在泵浦激光10的作用下能量會逐漸增強(大于傳導(dǎo)損失)，成功到達光纖末端完成信息傳輸。
本發(fā)明的有益效果是，突破了光纖必須端面入光的定焦點傳輸方式，采用稀土元素摻雜光纖，在泵浦激光對信息激光有效放大的前提下，使光纖側(cè)面入光通信成為可能，從而為大容量即時激光通信提供了新的方法和手段。


圖1是本發(fā)明稀土元素摻雜光纖側(cè)面入射激光放大傳導(dǎo)示意圖
圖2是本發(fā)明直線運動物體向靜止物體發(fā)送信息圖
圖3是本發(fā)明靜止物體向直線運動物體發(fā)送信息圖
圖4是本發(fā)明圓周運動物體向靜止物體發(fā)送信息圖
圖5是本發(fā)明靜止物體向圓周運動物體發(fā)送信息圖 圖6是本發(fā)明稀土元素摻雜光纖激光反射槽示意圖
圖中1.運動體,2.信息激光發(fā)射源,3.稀土兀素摻雜光纖,4.光隔離器,5.光濾波器，6.泵浦源，7.通信光纖，8.光接收處理器，9.信息入射激光，10.泵浦激光具體實施方式
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兩物體相對運動時信息傳輸可分為三種:運動物體向靜止物體發(fā)送信息，靜止物體向運動物體發(fā)送信息和兩物體雙向信息傳輸。
本專利實施方式以相對直線運動和相對圓周運動為例來介紹。
相對直線運動實施方式如下:
圖2為直線運動物體向靜止物體發(fā)送信息圖，該系統(tǒng)的基本構(gòu)成是:安裝在運動物體I上的信息激光發(fā)射源2,處于靜止物體上的稀土兀素摻雜光纖3,泵浦源6、光隔離器4(2個)、光濾波器5、通信光纖7、光接收處理器8。其中稀土兀素摻雜光纖3按運動物體I的軌跡平行鋪設(shè)，并且其長度能涵蓋運動物體I行程。通信時，信息激光發(fā)射源2與運動物體I 一同直線運動，并將信息激光以傾斜的方式投射到稀土元素摻雜光纖3的側(cè)面上，少量進入稀土元素摻雜光纖3并沿光纖傳導(dǎo)的信息激光，在泵浦源6所發(fā)射的泵浦激光作用下，其能量隨傳導(dǎo)過程逐漸增加，到達光濾波器5后泵浦激光被阻止，信息激光繼續(xù)向前進入通信光纖7，并傳導(dǎo)到光接收處理器8，完成直線運動物體向靜止物體的信息傳輸。2個光隔離器4分別按照在稀土元素摻雜光纖3的前后兩端，其作用是濾除干擾信息。
該信息傳輸方案同樣適用于兩相對靜止的物體。
圖3是靜止物體向直線運動物體發(fā)送信息圖，該系統(tǒng)的基本構(gòu)成和信息傳輸原理與圖2方案相同，所不同的是激光發(fā)射源2安裝在靜止的物體上，其它組元安裝到運動物體I上，為了滿足運動物體I在全行程都能接收到信息，激光發(fā)射源2可能會按運動物體I的行程布置多個。
將圖2和圖3兩信息傳輸方案結(jié)合起來，即可實現(xiàn)兩相對直線運動物體間的雙向信息傳輸。
以上圖2和圖3兩信息傳輸方案特別適合各類設(shè)備儀器中，運動單元與外界的無線激光通信，實現(xiàn)大容量即時信息傳輸，典型的如高速列車與地面間的通信。
相對圓周運動實施方式如下:
圖4是圓周運動物體向靜止物體發(fā)送信息圖，該系統(tǒng)的基本構(gòu)成是:安裝在運動物體I上的信息激光發(fā)射源2,處于靜止物體上的稀土兀素摻雜光纖3,泵浦源6、光隔離器4(2個)、光濾波器5、通信光纖7、光接收處理器8。其中稀土兀素摻雜光纖3按運動物體I圓形運動軌跡鋪設(shè)成圓環(huán)，并保持兩者同心。通信時，信息激光發(fā)射源2隨運動物體I作圓周運動，并以傾斜的方式將信息激光投射到稀土元素摻雜光纖3側(cè)面上，少量進入稀土元素摻雜光纖3并沿光纖傳導(dǎo)的信息激光，在泵浦源6所發(fā)射的泵浦激光作用下，其能量隨傳導(dǎo)過程逐漸增加，到達光濾波器5后泵浦激光被阻止，信息激光繼續(xù)向前進入通信光纖7，并傳導(dǎo)到光接收處理器8，完成圓周運動物體向靜止物體的信息傳輸。
該信息傳輸方案，特別適合CT機滑環(huán)通信，實現(xiàn)了大容量即時信息的高速傳輸，同時抗干擾能力強，誤碼率低。
圖5是靜止物體向圓周運動物體發(fā)送信息圖，該系統(tǒng)的基本構(gòu)成和信息傳輸原理與圖4方案相同，所不同的是激光發(fā)射源2安裝在靜止的物體上，其它組元安裝到運動物體I上，為了滿足運動物體I在全行程都能接收到信息，激光發(fā)射源2按圓周多點布置。稀土元素摻雜光纖3的信息接收段可以為直線段，也可以鋪設(shè)成圓弧段。
將圖4和圖5兩信息傳輸方案結(jié)合起來，即可實現(xiàn)兩相對圓周運動物體間的雙向信息傳輸。
對于作曲線運動物體的信息傳輸，可以結(jié)合直線運動和圓周運動方案完成。
以上所有信息傳輸方案中，泵浦源6可以與信息激光同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦(2泵浦源)。
為了提高信息激光投射到稀土元素摻雜光纖3側(cè)面上的準確性，可以為稀土元素摻雜光纖3增加激光反射聚光槽，如圖6，將偏離的信息激光重新收集到稀土元素摻雜光纖3的側(cè)面上。
為了增加進入稀土元素摻雜光纖3的激光數(shù)量，可以在稀土元素摻雜光纖3的涂覆層表面或包層表面(無涂覆層)做增透膜處理。
權(quán)利要求
1.一種基于稀土元素摻雜光纖側(cè)面入光并泵浦放大的信息傳輸方法，其特征在于，采用稀土元素摻雜光纖為信息激光接收體，讓入射信息激光從側(cè)面進入稀土元素摻雜光纖，經(jīng)泵浦放大并傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的信息傳輸方法，其系統(tǒng)構(gòu)成主要包括:稀土兀素摻雜光纖(3)、信息激光發(fā)射源(2)、泵浦源(6)、光隔離器(4)和光濾波器(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述信息傳輸方法的系統(tǒng)構(gòu)成,其中稀土兀素摻雜光纖(3)的涂覆層為透光涂覆層，或稀土元素摻雜光纖(3)沒有涂覆層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述信息傳輸方法的系統(tǒng)構(gòu)成,稀土兀素摻雜光纖(3)可以增加激光反射聚光槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中所述稀土元素摻雜光纖(3)，其涂覆層表面或包層表面可以做增透膜處理。
全文摘要
一種基于稀土元素摻雜光纖側(cè)面入光并泵浦放大的信息傳輸方法，用來實現(xiàn)靜止物體之間，或有相對運動物體之間大容量信息的傳輸。本發(fā)明將信息激光以傾斜的方式投射到稀土元素摻雜光纖(可透光涂覆層)側(cè)面上，少量進入稀土元素摻雜光纖并沿光纖傳導(dǎo)的信息激光，在泵浦激光的作用下，能量逐漸增加并到達光纖末端光學(xué)器件，被提取利用。由于本發(fā)明采用無線激光通信來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速大容量傳輸，抗干擾能力強，適用于醫(yī)療檢查、工業(yè)檢測和交通通信等眾多需要無線傳輸信息的場合。
文檔編號H04B10/25GK103138836SQ20121054457
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者王彬 申請人:王彬