[发明专利]一种基于光学天线的片上无线光通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成光学与光通信技术领域的系统，具体是一种基于光学天线的片上无线光通信系统。

背景技术

在射频通信领域，微波天线可以实现局域场与传播场之间的转化，在发射端可以将局域场转换成传播场发送，而在接收端将经过一段距离传输后的传播场转换为局域场。这一应用早已深入我们的日常生活之中，例如手机与广播电视系统等。而在光波频段，现有的关于光学天线的报道与发明，多是基于大型的传统光学器件，如一种包含抛物面支撑体的反射式天线（专利申请号02111920.1），又如采用多反射镜拼接与卡式缩束系统的光学天线（专利申请号201110141158.7）以及采用超广角镜头与多轴光纤调整架的光学通信装置（美国专利号6912360）。这些关于光学天线的设计只适用于较大的光学范围，诸如成像雷达系统。

另一方面，信息社会的发展导致爆炸式增长的数据量对光纤通信网络的传输带宽与响应速度提出了日益苛刻的要求，伴随着集成光学与现代精密加工工艺的飞速进步，片上集成光学器件的尺度也随之不断小型化，达到亚波长量级。在这一量级上，要实现光学天线需要将光波定域耦合在亚波长尺度，而以透镜为代表的传统光学器件由于受到衍射极限的限制，将无法做到这一点。因此，上述有关的光学天线设计与系统构想也将不再适用于亚波长尺度的片上集成光通信系统。

经对集成光学与光通信领域技术文献的检索发现，现有关于光学天线的研究多是针对其共振特性与光学近场增强效应（参考文献1,2），有关利用光学天线自身远场辐射特性并应用于集成光学片上数据通信的研究则十分缺乏。

发明内容

本发明针对上述现有构想与技术的不足，利用光学天线自身的远场辐射特性，提出了一种基于光学天线的片上无线光通信系统。

本发明一种基于光学天线的片上无线光通信系统，包括光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元以及光学天线接收终端。所述光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元以及光学天线接收终端按所列顺序沿通信传输光路依次排放在非金属衬底之上, 空间位置关系，由光学天线发射基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端中采用的光学天线结构及其远场定向辐射图所决定，具体满足                                               ,其中h是反射单元与非金属衬底之间的垂直距离，d₁代表反射单元与其相邻的光学天线发射基站或上一级中继单元的水平距离, d₂代表反射单元与其相邻的光学天线接收终端或下一级中继单元的水平距离。为与反射单元相邻的光学天线发射基站或上一级中继单元中光学天线定向辐射特性最强的角度, 为与反射单元相邻的光学天线接收终端或下一级中继单元中光学天线定向辐射特性最强的角度。

所述光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元与光学天线接收终端均由金属材料构成。 

所述光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元和光学天线接收终端的个数可以调整，既可以为一个，也可以为多个。

所述光学天线发射基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端所用金属材料其结构包括棒状结构、孔状结构、球状结构、三角型结构、螺旋形结构以及由所述五种结构或其中几种结构所构成的组合结构或周期性阵列。

所述的光学天线基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端的空间尺度范围D与片上通信的工作波长λ在同一量级。

本发明具有的有益效果是：本发明利用光学天线本身远场定向辐射特性，采用片上系统集成的方式，提出基于光学天线的片上无线光通信系统，能够大大降低光通信网络中器件的串扰与功耗，同时使得系统空间响应突破衍射极限达到亚波长尺度并大范围提高片上集成度，进而提高整个光纤通信网络的传输带宽与响应速度。此外，采用多个光学天线中继单元还可以大大扩展片上数据传输的空间范围。

附图说明

图1为本发明基于光学天线的片上无线光通信系统结构示意图；

图2为实施例所述光学天线基站结构示意图；

图3为实施例所述光学天线远场辐射图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：本实施方式案例以本发明提出的基于光学天线的片上无线光通信系统为前提，但本发明的保护范围并不限于下述实施方式与案例。