CN106448394A - 激光通信演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光通信演示装置，用于在科技馆内展示光学技术，属于光学科普教育类仪器。一种空间激光通信演示装置包括发射机和接收机。发射机包括近红外激光器、可见光激光器、合束装置、光发射天线。接收机包括光接收天线、分束装置、挡板、探测器。发射机包含发射机用数据线与摄像头连接，接收机用数据线与电视机连接。观众用手阻断激光束，传输信号中断，电视机不再显示摄像头拍摄画面。一种激光通信演示装置利用互动体验增强观众的主动求知欲，弥补了科技展馆缺乏激光通信技术类展品的局面。

Description

激光通信演示装置

技术领域

本发明涉及一种激光通信演示装置，是用于科技馆展出的光学科技展品，属于光学教育类仪器。

背景技术

激光通信技术利用激光光波作为载波、以大气或自由空间作为传输信道，在多个终端之间实现大数据量通信的最新通信技术。与微波通信和光纤通信相比，激光通信具有机动灵活、运行成本低、频带宽、抗电磁干扰能力强等优点。激光通信不占用无线电频谱资源、不需要申请频率执照，没有铺设管道挖掘马路的问题，架设灵活，可以完成地对地、地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务。

现阶段，激光通信常用于地球-卫星间通信、地面-飞机间通信等领域，没有广泛地应用于日常生活通信领域。公众对空间激光通信的认知度较低。电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射，且透射率高的波段称为大气窗口。近红外光处于大气窗口内。为避免激光衰减过快，达到长距离传输信息的目的，常见的激光通信装置使用近红外激光作为信号载体。近红外激光无法被人眼观察到。公众无法直观地观察、体验到空间激光通信的连通与阻断。由于认知度低、展示困难等原因，国内外科技馆领域缺少兼顾知识性与互动性的用于展示空间激光通信技术的科技展品。

发明内容

本发明要解决的技术问题是向普通公众提供一种结构简单、易于观察的激光通信演示装置，且该装置具备趣味性、互动性和科学性。

为解决上述问题，本发明提供了一种用于向公众展示激光通信技术的激光通信演示装置，该装置包括发射机和接收机。发射机与接收机相向放置。发射机包括近红外激光器、可见光激光器、合束装置（如镀膜镜片、棱镜等）、光发射天线。接收机包括光接收天线、分束装置（如镀膜镜片、分光棱镜等）、挡板、探测器。输入信号经调制器、驱动器处理后，驱动近红外激光器，发射包含调制信号的近红外激光束。可见光激光器发射不含调制信号的连续激光。可见光激光器发射的可见光激光束与近红外激光器发射的近红外激光束通过合束装置合为一束同轴激光束，透过光发射天线，从发射机射出。包含红外激光和可见激光的激光束在空气中传播，射向接收机。接收机接收到合成激光束，先由光接收天线会聚，再由分束装置，将激光束还原为不含调制信号的可见光激光束和包含调制信号的近红外激光束。可见光激光束被挡板挡住，防止射出接收机。含有调制信号的近红外激光束射向探测器，探测器提取出近红外激光束所包含的调制信号。信号经过滤波器、调制器处理，还原为与输入信号完全相同的输出信号。

作为本发明的第一种改进，所述的激光通信演示装置还可以包括反射镜。发射机与接收机平行摆放。两面反射镜呈90°角放置于发射机与接收机正上方。发射机发射的包含红外激光和可见激光的激光束在空气中经反射镜两次反射射入接收机。

第一种改进方案的变形，反射镜数量不少于1块，确保发射机射出的激光束经过所有反射镜发射，最终射入接收机。

作为本发明的一种改进，发射机可以使用数据线与摄像头、麦克风、信号发生器等信号源连接，相应地接收机与电视、扬声器、示波器等信号接收器连接。当发射机与摄像头连接、接收机与电视机相连时，电视机上可实时呈现摄像头采集到的画面。

本发明将可见光作为指示光，近红外激光作为信号光，起到了优化演示效果的作用，使观众产生可见光传输信号的错觉。观众用手或其他物体阻断激光束，接收机不能探测到激光束，传输信号中断，使激光通信演示装置达到具备互动性的目的，进一步增强观众参与感、激发观众求知欲。

附图说明

图1 为激光通信演示装置第一种实施方式的示意图。

图2为激光通信演示装置第二种实施方式的示意图。

图3为激光通信演示装置第三种实施方式的示意图。

图4为激光通信演示装置工作流程示意图。

其中：1、发射机，2、接收机，3、可见光激光与近红外激光合束后的激光束，41、反射镜，42、反射镜，5、摄像头，51、与发射机相连的数据线，6、电视机，61、与接收机相连的数据线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明激光通信演示装置的三种实施方式作详细说明。

第一种实施方式中，如图1所示，激光通信演示装置包括发射机1和接收机2。装置演示工作前，发射机和接收机相向地放置于水平台面上，确保光发射天线与光接收天线水平同轴。

如图4所示，发射机中，可见光激光器发射只起到指示作用的连续可见光激光束。输入信号经调制器处理，输入驱动器后，驱动近红外激光器，产生包含调制信号的近红外激光束。合束装置将可见光激光束与近红外光激光束合为一束同轴激光，经光发射天线扩束整形后射出发射机。空气作为激光束的传输信道。激光束3在空气中传播一段距离后，被接收机接收。光接收天线对接收到的激光束汇聚整形，再由分束装置将指示用的可见光激光束和传输信号用的近红外激光束分开。可见光射向挡板，阻挡激光传播。探测器接收近红外激光束，并提取出近红外激光束包含的信号。信号经滤波、调制等处理，最终还原成与输入信号完全相同的输出信号。

观看激光通信演示时，观众可以观察到输入信号与输出信号是完全相同的。观众用手或其他物体阻挡发射机发射出的激光3，传输信号中断，接收机2无信号输出。

第二种实施方式中，如图2所示，激光通信演示装置还包括反射镜41和反射镜42。发射机1与发射机2平行摆放。反射镜41放置于发射机1的正上方，反射镜42放置于接收机2的正上方。发射镜41与反射镜42的夹角为90°。发射机1发出的激光束经反射镜41和反射镜42的反射，射入接收机2。

第二种实施方式的改进方式中，反射镜数量不少于1块，发射机1发射的激光束3经反射镜多次反射，射入接收机2。

第三种实施方式中，如图4所示，发射机1用数据线51与摄像头5相连，接收机2用数据线61与电视机6相连。电视机6上显示摄像头5拍摄到的画面。观众用手或其他物体阻断激光束3，接收机2接收不到激光束3传递的信号，电视6上无画面。将阻挡物拿开后，激光束3再次从发射机1射入接收机2，电视6恢复显示摄像头5拍摄的画面。

第三种实施方式的改进方式中，发射机1还可以通过数据线与麦克风、信号发生器等信号源连接，相应地接收机2通过数据线与扬声器、示波器等信号接收器连接。

Claims (6)

1.一种激光通信演示装置，包括发射机和接收机，其特征在于发射机包含红外激光器和可见光激光器，能发射近红外波段信号光与可见光波段指示光。

2.根据权利要求1所述的激光通讯演示装置，其特征是所述的发射机包含合束装置，接收机包含分束装置。

3.根据权利要求2所述的激光通讯演示装置，其特征是所述的激光通信演示装置包括反射镜。

4.根据权利要求3所述的激光通讯演示装置，其特征是所述反射镜数量为2个，呈90°角分别放置于发射机和接收机正上方。

5.根据权利要求2所述的激光通讯演示装置，其特征是所述的激光通信演示装置包括摄像机，用数据线与发射机相连。

6.根据权利要求5所述的激光通讯演示装置，其特征是所述的激光通信演示装置包括电视机，用数据线与接收机相连。