[发明专利]用于无线激光通信注塑成型集成透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无线激光通信注塑成型集成透镜，无线激光通信光端机瞄准部分、接收部分、发射部分各自的物镜系统的第一枚透镜以注塑成型方式集成为一体，在无线激光通信光端机的装配中无需再对这些物镜系统做全面的同轴校准，提高装配效率，属于无线激光通信技术领域。

背景技术

无线激光通信是指以激光波作为载波、大气作为传输介质的光通信。与微波通信相比，无线激光通信具有信息容量大、频带宽、抗电磁干扰能力强、保密性好等特点。与光纤通信以及其他有线通信相比，具有机动灵活、对市政建设影响小、运行成本低、易于推广等优点。

大气信道环境中的大气湍流、空间损耗、不同气象条件等因素导致通信激光接收质量降低，例如，大气散射造成激光传输损耗、大气湍流损害光斑质量以及多路径延迟影响系统带宽等。为了解决这一问题，现有技术有两种方案。一种是大口径接收方案，其特征在于，接收部分采用大口径物镜系统。刊登于《中国激光》2009年第1期的一篇题为“大气光通信中大孔径接收性能分析与孔径尺寸选择”的文献披露，当接收物镜口径超过110毫米，大气信道环境对通信激光的影响会减弱。但是，透镜的制造成本与其光学口径尺寸呈非线性增长关系，所以，口径超过110毫米，甚至达到250毫米，其制造成本会相当高。鉴于此，另一种方案被提了出来，即多口径接收方案。该方案其特征在于，通信激光接收部分为在一个较大圆周上分布若干个相同的较小口径的接收物镜，它们的光轴相互平行，每个接收物镜接收到的通信激光在接收物镜的焦点被耦合到一根多模光纤中，再采用多路光纤合成器将多路多模光纤合成为一路，最终送至光电探测器。该方案在效果上与大口径接收方案接近等效。但是，尚有一些不足：1、多个接收物镜的多光轴调平难度较大。每个接收部分的视场光阑为位于接收物镜焦点处的多模光纤端面，由于多模光纤的有效入射角一般不大于20微弧度，所以每个接收部分的有效视场角也不大于20微弧度，所以需要在装调过程中保证多个接收物镜光轴的平行误差不高于20微弧度，如此精密的光轴平行度使得调整难度很高；2、所述的光轴平行度在动态中难以保持；2、通信激光的传输环节多，如从透镜到光纤的耦合，从多路光纤到一路光纤的合成，再加上光纤耦合效率低，导致通信激光信号强度降低。

另外，在大口径接收方案中，一方面物镜口径较大，另一方面物镜材料通常为光学玻璃，因此，该方案还导致激光通信装置的重量加大。再有，不管哪种方案，仍需要对瞄准部分、发射部分及接收部分各自的物镜系统进行同轴校准，导致无线激光通信光端机的装配效率较低，成为批量生产中的一个突出问题。

发明内容

本发明其目的在于，在提高接收到的通信激光的质量、降低物镜系统的造价、减轻物镜系统的重量同时，减轻无线激光通信光端机瞄准部分、发射部分及接收部分各自物镜系统同轴校准工作量，提高装配效率。为此，我们发明了一种用于无线激光通信注塑成型集成透镜。

本发明之用于无线激光通信注塑成型集成透镜涉及无线激光通信光端机瞄准部分、发射部分及接收部分各自物镜系统中的第一枚透镜，其特征在于，接收部分物镜系统中的第一枚透镜即接收透镜由若干个分布在同一圆周上的子透镜1组成，若干子透镜1外切圆2直径为100～250mm，若干子透镜1的相同一侧镜面均属于一个回转曲面的一部分；发射部分物镜系统的第一枚透镜即发射透镜3与外切圆2同心；瞄准部分物镜系统的第一枚透镜即瞄准透镜4位于外切圆2边缘及两个子透镜1之间的区域；接收透镜、发射透镜3、瞄准透镜4各自的光轴平行，且彼此之间由基板5连接，接收透镜、发射透镜3、瞄准透镜4、基板5材质相同且均为光学塑料。

本发明其效果在于，若干个子透镜1等效于一个大口径透镜，焦点为F₁，见图2、图3所示，因此，无线激光通信光端机接收部分接收到的通信激光的质量得以提高。本发明之集成透镜的各个部分材质均为光学塑料，因此，重量大幅减轻。本发明之集成透镜的结构和材质决定了本发明之集成透镜能够采用注塑成型的方式制造，一旦注塑磨具设计制造完毕，所注塑出的集成透镜中的接收透镜、发射透镜3、瞄准透镜4光轴必然平行，无需再行校准。另外，注塑成型工艺能够大幅降低制造成本。虽然光学塑料与光学玻璃相比像差较大，但所说的通信激光的质量并不包括像差，也就是说通信激光并不成像。发射透镜3、瞄准透镜4的口径要比接收透镜的口径小得多，光学塑料的采用不会引起像差的明显增大。因此，本发明光学塑料材质的选用副作用很小。

附图说明