Лазерная линия связи

(51) 04 10/10 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ противоположных концах линии оптической связи,при этом каждый приемопередатчик содержит электронный блок передатчика с лазером и электронный блок приемника с фотодиодом, и корпус, передняя стенка которого образована фазовой оптической голограммой, избирательно прозрачной для лучей с длиной волны 1 и 2, на противоположной стенке корпуса одного приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 1 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 2, а на противоположной стенке корпуса другого приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 2 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 1, при этом выходы лазеров и входы фотодиодов расположены в соответствующих фокальных плоскостях фазовых оптических голограмм,удовлетворяющих соотношению где- длина боковых стенок корпуса приемопередатчика, 3 - коэффициент линейного расширения материала стенок корпуса приемопередатчика, к 4 - коэффициент линейного расширения материала фазовой оптической голограммы.(72) Богданов Олег Викторович Васильев Иван Вениаминович Костогрызов Александр Павлович Троицкая Наталья Ильинична Чернов Юлий Геннадиевич(73) Государственное учреждение Национальный научно-технический центр Республики Казахстан(57) Лазерная линия связи относится к приемопередающим системам,использующим световые волны, и может быть применено для передачи информации между объектами через атмосферу, в частности для передачи речевой информации, сигналов управления, может заменять различные информационные кабели, повышая степень защиты информации от несанкционированного доступа. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в существенном повышении функциональности и надежности устройства благодаря термостабилизации устройства в широком диапазоне температур при сохранении простоты конструкции приемопередатчиков (терминалов) лазерной линии связи. Предложена лазерная линия связи, между двумя приемопередатчиками расположенными на Изобретение относится к приемопередающим системам, использующим световые волны, и может быть применено для передачи информации между объектами через атмосферу, в частности для передачи речевой информации,сигналов управления,может заменять различные информационные кабели, повышая степень защиты информации от несанкционированного доступа. Из уровня техники известны лазерные приемопередатчики (Патент США 6154297,кл.359-152, 28.11.2000 Патент США 6137609,кл.359-152, 24.10.2000) для связи в атмосфере,состоящие из одного лазера (или нескольких лазеров),снабженные объективами для коллимирования лазерных пучков и фотоприемников с объективами для сбора и фокусировки принятых излучений на их чувствительных площадках. В качестве объективов часто используют одиночные линзы. Анализ основных технических характеристик известных лазерных линий связи показывает, что всем им присущи следующие ограничения сложность конструкции используемых приемопередатчиков,особенно механизма юстировки их оптических элементов резкое несоответствие между массогабаритными характеристиками их основных элементов - полупроводникового лазера и фотодиода с массой порядка единиц граммов и оптических элементов,которые вместе с креплением имеют массу на два - три порядка больше- сложность изготовления и высокая стоимость оптических элементов каждого лазерного приемопередатчика- значительная часть лазерных излучений в линии связи проходит миме объективов фотоприемников, так как приемная оптика в каждом приемопередатчике занимает менее 40 площади передней (рабочей) стенки конструкции- излучение передатчиков, рассеянное их оптическими элементами и аэрозолю атмосферы,может попадать на вход собственного приемника и вызвать паразитный шум, снижая основной показатель качества - отношение сигнал/шум. Уменьшить количество оптических элементов можно за счет использования одного и того же оптического пути для пучков передаваемого и принимаемого излучения. Разделение указанных пучков можно производить по направлению их распространения, по длине волны, по поляризации,при этом неизбежны потери в интенсивности излучения. Известна также атмосферная линия (Патент 2120185, кл. Н 04 В 10/10, Н 04 В 10/24, 1997) связи, связи содержащая передатчики, приемники,светоизлучающие устройства,фотоприемные устройства, коллимирующие зеркала передающего тракта и фокусирующие зеркала приемного тракта. В каждом приемопередатчике известной линии зеркала выполнены концентрично на одной подложке так, что фокусирующее зеркало приемника расположено на периферии и имеет 2 более длинное фокусное расстояние, чем фокусное расстояние коллиматорного зеркала. Кроме того,перед светоизлучающим и фотоприемным устройствами установлены взаимно ортогональные линейные поляризаторы. Однако данная линия атмосферной связи имеет сложную и громоздкую оптическую систему с разными фокусными расстояниями зеркал передающего и приемного трактов, что увеличивает габариты аппаратуры и усложняет ее электронную часть. Использование же в качестве оптических элементов вогнутых зеркал в комбинации на одной подложке возможно только при высокой точности их изготовления. Применение взаимно ортогональных линейных поляризаторов неэффективно из-за потерь в них части лазерного излучения. Наиболее близкой к заявляемому изобретению по своей технической сущности и достигаемому результату является лазерная линия связи, известная из описания изобретения к патенту 2233549,кл. Н 04 В 10/10, 2002. Предложенная линия связи содержит два приемопередатчика, расположенных на противоположных концах линии оптической связи, каждый из которых содержит электронный блок передатчика с лазером и электронный блок приемника с фотодиодом, при этом каждый приемопередатчик содержит корпус, передняя стенка которого образована фазовой оптической голограммой, избирательно прозрачной для лучей с длиной волны 1 и 2, на противоположной стенке корпуса одного приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 1 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 2, а на противоположной стенке корпуса другого приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 2 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 1, при этом выходы лазеров и входы фотодиодов расположены в соответствующих фокальных плоскостях фазовых оптических голограмм. К достоинствам известной лазерной линии связи относится то, что коллимирующий компонент передающего тракта и фокусирующий компонент приемного тракта, а также спектральные фильтры выполнены в виде одной фазовой оптической голограммы. К недостаткам этого устройства относится то,что из-за изменения температуры окружающей среды меняются геометрические размеры передней стенки приемопередатчика, которая образована фазовой оптической голограммой. Таким образом,фокальные плоскости голограммы сдвигаются относительно месторасположения фотодиода приемника и лазера передатчика. Заявляемое изобретение направлено на создание линии связи, содержащей два одинаковых лазерных приемопередатчиков, которые, имея в конструкции элементы термостабилизации в отличие от приемопередатчика наиболее близкого аналога,могут существенно повысить эффективность использования интенсивности лазерного пучка передающего информацию, а также отношение сигнал/шум фотоприемника в широком диапазоне температур. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в существенном повышении функциональности и надежности устройства благодаря термостабилизации устройства в широком диапазоне температур при сохранении простоты конструкции приемопередатчиков (терминалов) лазерной линии связи. Кроме того, термостабилизация устройства в широком диапазоне температур позволяет эффективно использовать интенсивность лазерного пучка передающего информацию,поднять энергетический потенциал оптической линии связи и тем самым снизить требования к мощности излучения лазера или увеличить дальность связи, а также улучшить качество передачи информации за счет снижения отношения сигнал/шум. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предлагаемая лазерная линия связи так же, как известная включает два приемопередатчика,расположенных на противоположных концах линии оптической связи, каждый из которых содержит электронный блок передатчика с лазером и электронный блок приемника с фотодиодом, при этом каждый приемопередатчик содержит корпус,передняя стенка которого образована фазовой оптической голограммой, избирательно прозрачной для лучей с длиной волны 1 и 2, на противоположной стенке корпуса одного приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 1 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 2, а на противоположной стенке корпуса другого приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 2 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 1, при этом выходы лазеров и входы фотодиодов расположены в соответствующих фокальных плоскостях фазовых оптических голограмм. Однако, в отличие от известного устройства лазерной линии связи для достижения указанного технического результата,место размещения фотодиода и лазера в приемопередатчике выбирается в зависимости от коэффициента линейного расширения материалов голограммы и боковых стенок корпуса для обеспечения термостабилизации устройства в широком диапазоне температур. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что лазерная линия связи выполнена на двух оптически связанных через атмосферу одинаковых приемопередатчиков, каждый из которых содержит передатчик со светоизлучающим устройством лазером, приемник со светоприемным устройством фотодиодом. Коллимирующий компонент передающего тракта и фокусирующий компонент 3 приемного тракта, а также спектральные фильтры выполнены в виде одной фазовой оптической голограммы, образующей одну из вертикальных стенок корпуса приемопередатчика из материала с температурным коэффициентом расширения 4. При этом остальные стенки корпуса приемопередатчика выполнены из материала,обладающего коэффициентом линейного расширения 3. Выходы лазеров и входы фотодиодов расположены в соответствующих фокальных плоскостях фазовых оптических голограмм. При этом фокальная плоскостьдолжна удовлетворять соотношению где- длина боковой стенки корпуса приемопередатчика. Благодаря размещению фотодиода и лазера в фокальной плоскости,удовлетворяющей указанному соотношению появилась возможность осуществить термостабилизацию устройства в широком диапазоне температур. Сущность изобретения поясняется чертежами,где на фиг. 1 представлена лазерная линия связи между двумя терминалами лазерными приемопередатчиками,расположенными на противоположных концах линии оптической связи на фиг.2 - структурная схема отдельного приемопередатчика. Каждый приемопередатчик 1 или 2 содержит корпус 3, одна из вертикальных стенок которого образована фазовой оптической голограммой 4, а на противоположной стенке корпуса 1 смонтирован электронный блок 5 передатчика с лазером 6 и электронный блок 7 приемника с фотодиодом 8, а также стабилизированный блок 9 питания от сети переменного тока напряжением 220 В. Лазер 6 своим выходом, а фотодиод 8 - входом расположены в фокальной плоскости фазовой оптической голограммы 4. Светоизлучающий лазер 6 приемопередатчика 1 с длиной волны 1 расположен в фокусе голограммы 4 с длиной волны 1, а в приемопередатчике 2 - наоборот, в фокусе голограммы с длиной волны 2 в соответствии с излучаемой волной 2 Фотодиоды в каждом из взаимодействующих приемопередатчиках - в фокусах голограмм для волн 1 и 2 для первого и второго приемопередатчиков 1 и 2 соответственно. Следовательно, фотоприемники будут оптически развязаны с расположенными в одном и том же корпусе 3 светоизлучающими лазерами, а спектральная избирательность фазовых оптических голограмм 4 обеспечит защиту фотоприемников от внешней засветки, в том числе и солнечной. Фазовая оптическая голограмма изготовлена из материала с температурным коэффициентом расширения 4. Корпус 3 изготовлен из материала с коэффициентом линейного расширения 3. При изменении температуры окружающей среды нафокусная плоскость сдвигается на величину 4. В то же время боковые стенки корпуса изменятся по длине на величину 3. Если эти величины будут равными, то фотодиод и лазер будут находиться в фокальной плоскости при любой температуре. Использование лазерной линии связи Приемопередатчики 1 и 2 устанавливаются соосно напротив друг друга в пределах прямой видимости на крышах или стенах домов, причем на пути луча лазера 6 не должно быть препятствий,источников теплового излучения, скопления птиц и т.п. Взаимное положение приемопередатчиков может уточняться с помощью оптических прицелов(на чертеже не изображены) или лазерной подсветки самих приемопередатчиков 1 или 2. Как только будет достигнуто оптимальное расположение приемопередатчиков 1 и 2 относительно друг друга,последние закрепляют на выбранных площадках и могут осуществлять связь между терминалами 1 и 2 на волнах 1 и 2. Сравнительный анализ с ближайшим аналогом показал, что заявленное техническое решение отличается способом размещения фотодиода и лазера внутри корпуса приемопередатчика. Технических решений,совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности, как новизна. Требуемый технический результат достигается вновь введенным существенным признаком,неизвестным в патентной и научно-технической литературе на дату подачи заявки, следовательно,техническое решение позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности,как изобретательский уровень. Условие патентоспособности промышленная применимость подтверждено на примере конкретного осуществления заявляемой лазерной линии связи. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Лазерная линия связи между двумя приемопередатчиками,расположенными на противоположных концах линии оптической связи,при этом каждый приемопередатчик содержит электронный блок передатчика с лазером и электронный блок приемника с фотодиодом, и корпус, передняя стенка которого образована фазовой оптической голограммой, избирательно прозрачной для лучей с длиной волны 1 и 2 , на противоположной стенке корпуса одного приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 1 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 2 , а на противоположной стенке корпуса другого приемопередатчика смонтирован электронный блок передатчика с лазером с длиной волны 2 и электронный блок приемника с фотодиодом с длиной волны 1 при этом выходы лазеров и входы фотодиодов расположены в соответствующих фокальных плоскостях фазовых оптических голограмм, отличающаяся тем, что фокальная плоскостьдолжна удовлетворять соотношению где- длина боковых стенок корпуса приемопередатчика, 3- коэффициент линейного расширения материала стенок корпуса приемопередатчика, 4 - коэффициент линейного расширения материала фазовой оптической голограммы.