無線光通信系統(tǒng)中收發(fā)端光學(xué)器件的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)有通信技術(shù)的發(fā)展，高速率，綠色環(huán)保的新型的通信技術(shù)成為人們研究的熱點。無線光通信與傳統(tǒng)的無線通信相比，更加節(jié)能環(huán)保，對人體沒有輻射，更主要的是它的保密性更好，不需要申請頻譜授權(quán)，帶寬資源豐富，傳輸速率高，不會與其他頻帶發(fā)生干擾。
　　可見光通信是一種新興的技術(shù)，是無線光通信技術(shù)中重要的一項，它基于白光LED高頻率的閃爍作為信號進行數(shù)據(jù)的傳輸，又同時具備了照明和數(shù)據(jù)傳輸兩種功能。在無線光通信系統(tǒng)中，發(fā)射端由于光源的發(fā)散角度過大

2、會導(dǎo)致信號在傳輸過程中會出現(xiàn)衰落，不能有效到達接收端;而在接收端的接收天線的接收角度過小或聚光能力弱導(dǎo)致了接收功率較小等問題。提高發(fā)射端的出射功率，增大接收端的接收角度，并增強接收端的聚光效率成為了無線光通信的重中之重。本文為了解決以上問題，設(shè)計了三種光學(xué)器件，用以無線光通信系統(tǒng)中，從而提高無線光通信的傳輸功率和效率。本文的主要研究內(nèi)容包括:
　　1.為了提高可見光通信接收端效率和集成度，設(shè)計了一種高聚光效率、雙面鋸齒的菲涅爾透鏡

3、系統(tǒng)。在可見光通信系統(tǒng)中，接收系統(tǒng)要求高集成度、小尺寸、高聚光效率、大接收角。為了滿足以上設(shè)計要求，本文依據(jù)傳統(tǒng)的可見光接收天線“單面為鋸齒的菲涅爾透鏡”，設(shè)計了一種新型的接收天線“雙面均為鋸齒的新型透鏡”;在文中給出了設(shè)計方法及模擬結(jié)果，并與傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡的聚光率、F數(shù)等進行對比分析，發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計的新型透鏡有更小的體積和光斑尺寸，更強的聚光效率，更短的焦距，這使得整個接收系統(tǒng)的集成度和接收功率更高。
　　2.針對LED光源發(fā)散

4、角大，能量利用率低的問題，設(shè)計了一種自由曲面LED光源準直系統(tǒng)。光源因其高電光轉(zhuǎn)化效率、低能耗、無污染、低發(fā)熱、超長壽命和體積小等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于許多行業(yè)和領(lǐng)域之內(nèi)。LED是朗伯型光源，對于不同領(lǐng)域的應(yīng)用這可能是優(yōu)勢也有可能是缺點。因此，滿足各領(lǐng)域的配光元件的設(shè)計一直都是一個重要的課題。在無線光通信中，朗伯光源過大的發(fā)散角會影響傳輸?shù)男?本文基于平凸透鏡和凹凸透鏡設(shè)計了兩種自由曲面的LED光源的準直系統(tǒng)，并進行光學(xué)模擬以及參數(shù)比較。

5、
　　3.為了提高無線光通信接收端的光學(xué)效率和均勻度，本文在傳統(tǒng)圓柱形導(dǎo)光柱的基礎(chǔ)上增加了一個圓臺型反光裝置，設(shè)計了一種新型導(dǎo)光柱結(jié)構(gòu)。在文中給出了普通和新型導(dǎo)光柱設(shè)計的原理和方法，以PC為材料針對三種不同LED發(fā)散角設(shè)計了兩種導(dǎo)光柱，又用光線追蹤法對以上幾個導(dǎo)光柱的傳光特性進行了研究。研究結(jié)果表明，本文所設(shè)計的新型導(dǎo)光柱即使在大發(fā)散角LED的情況下，也能夠保持很高的傳輸效率和很好的勻光特性。相同條件下，本文設(shè)計的導(dǎo)光柱輸出光效率