[发明专利]激光大气传输方法

说明书

本发明涉及光的控制技术，具体地指激光大气传输方法。    

激光技术的应用前景随着科学技术的发展，它将会在军事、机械加工、精密测量、医疗卫生方面显示着更加广阔的前景，不但如此，激光在通讯技术、电视技术中的应用也将越来越显示出其优越性，在上述的各种应用中，尤在通讯、电视、测距等应用方面，都需要激光在大气中进行全天候的远距离传输，而激光通过大气时，其强度将按公式I₁＝I₀exp(-α₀l)的规律进行吸收衰减，式中I₁和I₀分别是传输距离l之后和原始的激光强度，α₀是大气吸收系数，需要指出的是，大气吸收系数α₀在不同的气候下，其数值不同；另一方面，激光通过大气同时也受到大气中的颗粒散射而使强度降底，其强度衰减规律也是遵循上述公式，只是把大气吸收系数α₀换成散射系数α_p，激光在上述的传输过程中，其衰减是显而易见的，尤其在雨天、雾天、蒸汽、尘埃、烟雾的情况下，激光的衰减更为严重，现有的激光技术之所以还不能在远距离通讯、电视技术中推广的原因之一就是采用了单光束(数据光束)的激光传输方法。

本发明的目的是针对上述单光束激光在较为恶劣的大气中传输过程中存在随着距离的增加而衰减增加的缺点，提出一种激光大气传输方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的方法作如下描述：该方法使用套筒式激光光束传输方法，外筒激光束为保护激光光束，内筒激光束为数据激光光束，保护激光光束将数据激光光束包络在内，外筒的保护激光光束的强度大于内筒的数据激光光束的强度，保护激光光束吸收其光束通道中的烟或雾粒子、尘埃粒子，数据激光光束为一被载波调制的激光束，数据激光光束的传输方向与外筒的保护激光光束的传输方向相同并保持相平行。

由于本发明使用了由保护激光光束和数据激光光束构成的套筒式激光传输方法，先由保护激光光束将数据激光光束要通过的通道中的烟雾、尘埃粒子吸收，使该通道变为一个“清洁”的通道，从而使数据激光光束能在尘雾及雨天等较为恶劣的环境下传输，增加了数据激光光束的有效传输距离。

本发明的方法将通过下面的附图和实施例作进一步的详细说明：

图1为本发明的套筒式激光光束示意图。

图2为图1的端面(光斑)示意图。

图3为本发明的多路数据激光端面(光斑)示意图之一。

图4为本发明的多路数据激光端面(光斑)示意图之二。    

图5为本发明的保护激光光束为另种形状光端面(光斑)示意图。

图6为实现本发明发射激光光束而使用的光学系统原理示意图。

图7为实现本发明接收激光光束而使用的光学系统原理示意图。

激光光束在大气中的衰减主要有大气吸收衰减和大气气溶胶散射衰减，其衰减规律由前述的公式I₁＝I₀exp(-α₀l)、I₁＝I₀exp(-α_pl)给出，随着传输距离l、吸收系数以及散射系数的增加，激光的强度而衰减降低，主要是由雾中的水气、大气中的尘埃颗粒以及二氧化碳所引起，激光光束在大气中的衰减，使激光的应用在一定程度上受到限制，正如前述的，尤其在通讯、电视、测距等一些远距离应用中受到限制，而上述的应用通常都必须在白昼黑夜，雾天、雨天的全天候的环境中应用，例如，现有的激光通讯都在2-10公里的移动通信基站之间的范围内，而且是在无雾天、雨天的情况下，不能在全天候使用，在这些应用中，均采用了单光束的数据激光光束作为信息的载体。

请参阅图1，本发明所采用的方法是使用套筒式激光光束传输方法，外筒激光束为保护激光光束1，内筒激光束为数据激光光束2，保护激光光束1将数据激光光束2包络在内，外筒的保护激光光束1的强度大于内筒的数据激光光束2的强度，保护激光光束1吸收其光束通道中的烟或雾粒子、尘埃粒子以及二氧化碳粒子，为数据激光光束开通了一条“清洁”的通道，数据激光光束2为一被载波调制的激光束，数据激光光束2的传输方向与外筒的保护激光光束1的传输方向相同并保持相平行，图2示意了这样的套筒式激光光束的光斑示意图。保护激光光束1的发射波长可以采用与数据激光光束2相同的波长，二者也可以是不相同的波长。二种发射的激光光束波长可根据需要而选用不同的波长。