專利名稱：用于自由空間光傳輸系統(tǒng)的利用全息光學(xué)元件的內(nèi)反射裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容一般涉及無線通信系統(tǒng)，特別是(但不僅是)涉及用于自由空間光傳輸系統(tǒng)的利用全息光學(xué)元件(HOE)的內(nèi)反射裝置和方法。
背景隨著廣域網(wǎng)(例如互聯(lián)網(wǎng)和/或全球網(wǎng))的不斷普及，網(wǎng)絡(luò)的增長(zhǎng)和業(yè)務(wù)量近年來已呈爆炸趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)用戶不斷要求更快的網(wǎng)絡(luò)，由于網(wǎng)絡(luò)的需求不斷增加，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和技術(shù)已達(dá)極限。
對(duì)現(xiàn)有硬線或光纖網(wǎng)絡(luò)解決方案的替換方案是使用無線光通信技術(shù)。無線光通信技術(shù)利用光束，例如激光作為光通信信號(hào)，因此不需要在各位置之間進(jìn)行電纜或光纖布線。將數(shù)據(jù)或信息編碼到光束中，然后從光發(fā)射器通過自由空間發(fā)送到光接收器。
在基本水平上，典型的光接收器基本上是一個(gè)具有許多元件的望遠(yuǎn)鏡，包括關(guān)聯(lián)的電子電路以便解調(diào)光束上的數(shù)據(jù)并進(jìn)行其它處理。由于這些光接收器有許多部件，它們的總體尺寸或“占地面積”增大。增大的占地面積在需要以不顯眼的方式安裝此裝置時(shí)就十分不利。
舉例來說，大多數(shù)“通過窗口”的光通信裝置(例如光接收器)的問題是它們會(huì)占用窗口空間。光接收器的收集器孔徑越大，能收集的光功率就越多，但卻以空間為代價(jià)。光接收器的大體積會(huì)明顯地不希望有地遮斷窗口，從而遮斷了陽光或美麗的景色。
這些光接收器的大體積使它們也很重。增大的重量要求這些光接收器有牢固的結(jié)構(gòu)支撐，并使它們難于安裝、移動(dòng)或重新定位。這些光接收器的大量部件也使它們的總成本增加，包括制造費(fèi)用大量增加，因?yàn)楣饨邮掌鞯膹?fù)雜性就不大可能采用價(jià)廉的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種裝置包括具有前表面和后表面的元件。全息光學(xué)元件(HOE)設(shè)置成將光信號(hào)傾斜地導(dǎo)向所述元件的前表面和后表面之一、使光信號(hào)可以通過內(nèi)反射在所述元件的前表面和后表面之間傳播。
附圖的簡(jiǎn)要說明現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的非限制性和非詳盡的實(shí)施例加以說明，附圖中，除非另有說明，同樣的標(biāo)號(hào)在所有不同視圖中代表同樣的部件。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置的配置的圖片視圖。
圖2是圖1裝置的截面?zhèn)纫晥D。
圖3是更詳細(xì)地說明圖1-2裝置的操作的部分截面?zhèn)纫晥D。
圖4是說明圖1-2裝置的操作的部分前視圖。
圖5是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于圖1-2裝置的全息光學(xué)元件(HOE)的記錄過程的示意圖。
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射和接收光信號(hào)的裝置的部分前視圖。
圖示實(shí)施例的詳細(xì)說明現(xiàn)說明利用全息光學(xué)元件(HOE)的內(nèi)反射裝置和方法的實(shí)施例。在以下的說明中，給出了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。但本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，沒有一個(gè)或多個(gè)所述細(xì)節(jié)，或用其它方法、元件、材料等也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它實(shí)例中，對(duì)于眾所周知的結(jié)構(gòu)，材料或操作沒有作圖示或詳細(xì)說明，以免使本發(fā)明的各個(gè)方面模糊不清。
在整個(gè)此說明書中提到的“一個(gè)實(shí)施例”的意思是結(jié)合實(shí)施例所說明的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。所以，在本說明書中各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”并不一定指同一個(gè)實(shí)施例。而且，這些具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。
總的來說，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種裝置，所述裝置可以作為自由空間通信系統(tǒng)中光接收器的一部分。所述裝置可以是用于窗口空間很受重視或很珍貴的客戶房屋中的不顯眼的光收集器裝置。所述裝置很輕，對(duì)眼睛很安全，而且足夠大，可以收集足夠的信號(hào)光。與其它類型的光接收器不同，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置允許背景可見光通過，從而從接收光信號(hào)的光檢測(cè)器濾除背景可見光。
這樣，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種具有足夠大孔徑的裝置，它不像其它光接收器那樣浪費(fèi)窗口空間?？梢姽饽芡干溥^它。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，例如通過使用夾在玻璃板之間的全息元件(HOE)，在收集所需光信號(hào)的同時(shí)提供可見光的通路。HOE有效地衍射近紅外(IR)光(例如用于通信的光信號(hào))，并將其轉(zhuǎn)彎、使得光信號(hào)不能逸出玻璃板之一，而是通過全內(nèi)反射在所述玻璃板中傳播。由于可見光的衍射小于IR光，所以可見光通過玻璃板逸出。
首先參考圖1，總的以標(biāo)號(hào)10表示的是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置。具體地說，圖1是示出裝置10的配置的圖片視圖。裝置10安裝在靠近窗玻璃12處。由圖1可見，裝置10基本上不顯眼但仍有相對(duì)較大的光收集區(qū)。而且，裝置10可通過可見光，這樣就可以通過裝置10看見窗玻璃10對(duì)面的景色。
圖2是圖1裝置的截面?zhèn)纫晥D。裝置10包括第一元件14和第二元件16。第一元件14和第二元件16可以由玻璃材料(例如BK-7玻璃或其它玻璃)、塑料材料或其它透明材料制成。第一元件14的位置面對(duì)來自自由空間光通信系統(tǒng)的光信號(hào)18(圖1中以多條光線代表)。在進(jìn)行圖1所示的配置時(shí)，可以把第一元件14設(shè)置在窗玻璃12上來接收光信號(hào)18。
第二元件16具有鄰接第一元件14的第一表面20(例如前表面)并且具有第二表面22(例如后表面)。在一個(gè)實(shí)施例中，包括其上記錄有干涉圖樣的全息材料24的HOE設(shè)置在第一元件14和第二元件16的第一表面20之間。在另一實(shí)施例中，全息材料24可以設(shè)置在第二元件16內(nèi)。在又一實(shí)施例中，全息材料24可設(shè)置在第二元件16的第二表面22上。
圖3是部分截面?zhèn)纫晥D，更詳細(xì)地說明圖1-2裝置的操作。光信號(hào)18通過第一元件14，由記錄在全息材料24上的干涉圖樣26接收。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，干涉圖樣26包括部分衍射全息圖。這樣構(gòu)成干涉圖樣26、以便傾斜地將光信號(hào)18衍射到或引導(dǎo)到第二元件16的第二表面22。
適當(dāng)選擇將光信號(hào)18衍射到第二表面22的角度，光信號(hào)18就可通過全內(nèi)反射在第二表面22和第一表面20之間傳播。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以根據(jù)全內(nèi)反射“臨界角”的值以42度或更大的角度y(從水平面向下測(cè)量)將光信號(hào)18的光線導(dǎo)向第二表面22。對(duì)衍射角范圍作這樣的選擇可防止光信號(hào)18的光線只是以水平方向通過第二元件16，而是使光線在第一表面20和第二表面之間被內(nèi)反射。在一個(gè)實(shí)施例中，獲得全內(nèi)反射所需的適當(dāng)角度由第二元件16所用的材料以及鄰近第二表面22的材料所決定。
在全息材料24設(shè)置在第二元件16內(nèi)的實(shí)施例中，干涉圖樣26可以包括透射全息圖或反射全息圖。如果在所述實(shí)施例中，干涉圖樣26包括透射全息圖，則干涉圖樣26以適當(dāng)?shù)呐R界角y將光信號(hào)18衍射到第二元件16的第二表面22。但如果在所述實(shí)施例中，干涉圖樣26包括反射全息圖，則干涉圖樣26以適當(dāng)?shù)呐R界角y將光信號(hào)18反射到第二元件16的第一表面20。一旦被衍射或反射到第二元件16的適當(dāng)表面，光信號(hào)18就可通過全內(nèi)反射在第一表面20和第二表面22之間傳播。
在全息材料24設(shè)置在第二元件16的第二表面22上的實(shí)施例中，干涉圖樣26可以包括反射全息圖。在這些實(shí)施例中，光信號(hào)18通過第二元件16，直到到達(dá)干涉圖樣26。這時(shí)，干涉圖樣26的結(jié)構(gòu)是以臨界角將光信號(hào)18反射到第一表面20。然后光信號(hào)18通過全內(nèi)反射在第一表面20和第二表面22之間傳播。
如圖3所示，對(duì)于全息材料24設(shè)置在第一表面20上且干涉圖樣26包括衍射全息圖的實(shí)施例，光信號(hào)18被反射兩次(例如在第二表面22的反射區(qū)28和在第一表面20的反射區(qū)30被“彈回”)。能影響“彈回”次數(shù)的因素是第二元件16的厚度。第二元件16的厚度減小，反射次數(shù)增加。而且，應(yīng)當(dāng)指出，通過第二元件16(通過全內(nèi)反射)的光信號(hào)18的光線正在會(huì)聚，而會(huì)聚情況能夠根據(jù)HOE的記錄圖形加以設(shè)計(jì)和控制。所以，如圖2所示，光信號(hào)18的光線到達(dá)靠近第二元件16端面34的會(huì)聚點(diǎn)32。
實(shí)際上，裝置10的實(shí)施例是一個(gè)色散裝置。進(jìn)入裝置10的接收孔徑的背景光(例如入射到第一元件14上的光)當(dāng)它通過裝置10時(shí)被色散，除了一定波長(zhǎng)的被干涉圖樣26衍射的光信號(hào)18。也就是，光將基本上通過第二元件16，除非它具有設(shè)計(jì)成由透射圖形26衍射的某一波長(zhǎng)范圍。可以在干涉圖樣26的記錄過程中預(yù)定或選擇被衍射的某些波長(zhǎng)的光以及可以通過的另一些波長(zhǎng)的光，這將在后面說明。
再參考圖2，光檢測(cè)器電路36的工作是接收已通過第二元件16反射的光信號(hào)18。在一個(gè)實(shí)施例中，光檢測(cè)器電路36包括大芯線光纖(例如，芯線直徑為1-2mm)，其端面區(qū)位于靠近會(huì)聚點(diǎn)32的端面34?？梢哉{(diào)整光纖末端的表面區(qū)使其偏離水平面大約14度、以便直接面對(duì)并接收靠近會(huì)聚點(diǎn)32的光線。光纖又耦合到光處理電路和提取已調(diào)制到光信號(hào)18上的數(shù)據(jù)的其它元件(未示出)上。在另一實(shí)施例中，光檢測(cè)器電路36可以包括光敏器件，例如光電二極管、光電晶體管、PIN檢測(cè)器、雪崩光電二極管、電荷耦合器件或其它光檢測(cè)器，這些光敏器件設(shè)置在靠近會(huì)聚點(diǎn)32處，從而減少或不需使用光纖。
裝置10還可以包括涂層38(例如黑色涂層或其它不透明涂層)以覆蓋第二元件16的邊緣表面(例如除第一表面20和第二表面22以外的表面)。涂層38也可覆蓋第一元件14的邊緣表面。涂層38防止光通過裝置10的側(cè)面/邊緣進(jìn)入然后進(jìn)入光檢測(cè)器電路36。實(shí)際上，涂層38使裝置10處于“黑暗中”，除了通過其孔徑進(jìn)來的光。
裝置10的一個(gè)實(shí)施例還可以包括耦合棱鏡40，耦合棱鏡40設(shè)置在鄰近第二元件16的第一表面20處。耦合棱鏡40獲得在第一表面20和第二表面22之間傳播的光信號(hào)18的一部分。例如，控制圖3中耦合棱鏡40和靠近反射區(qū)30的第二元件16的第一表面20之間的間距量，在反射區(qū)30的一部分光信號(hào)18就可由耦合棱鏡40獲得。調(diào)節(jié)耦合棱鏡40和第一表面20之間的間距量，就可增加或衰減在反射區(qū)30獲得的光量。
耦合棱鏡40耦合到能利用所獲得的部分光信號(hào)18作輔助處理的裝置上。例如，可以耦合到位置檢測(cè)器42，位置檢測(cè)器42從耦合棱鏡40接收部分光信號(hào)、然后根據(jù)所獲得的部分光信號(hào)18提供定向信息。位置檢測(cè)器42的一個(gè)合適的實(shí)例是可用于跟蹤目的的象限單元檢測(cè)器。
在一個(gè)實(shí)施例中，耦合棱鏡40可用于自動(dòng)增益控制目的或光信號(hào)18的其它功率/幅度控制。例如，增加耦合棱鏡40和反射區(qū)30處第一表面20之間的間距，就可增加到達(dá)光檢測(cè)器電路36的光量。反之，減少耦合棱鏡40和反射區(qū)30處第一表面20之間的間距，就可減少到達(dá)光檢測(cè)器電路36的光量，包括使耦合棱鏡40與第一表面20齊平(接觸)而基本上防止任何光線到達(dá)光檢測(cè)器電路36。
應(yīng)當(dāng)指出，圖2中耦合棱鏡40設(shè)置在裝置10的下部1/4處，全息材料24終結(jié)在此處。全息材料24的長(zhǎng)度選擇為防止從第二表面22的反射區(qū)28反射的光信號(hào)18入射其上(例如靠近反射區(qū)30)。由于沒有內(nèi)反射的光入射到全息材料24的干涉圖樣26上，所以從干涉圖樣26衍射的光就不會(huì)受干擾。
裝置10的實(shí)施例還可以包括透明薄膜44以覆蓋第二元件16的第二表面22。薄膜44可由例如透明塑料等材料制成?？諝饪臻g或空氣間隙46將薄膜46和第二表面22分隔開。薄膜46保護(hù)第二表面22不受灰塵、污垢、污跡等的影響，這些都會(huì)影響內(nèi)反射光。空氣間隙46的存在確保第二表面22與這些可能停留在薄膜44上的污染物完全隔離，因而保持第二表面22透明和不失真，用于內(nèi)反射目的。
圖4是進(jìn)一步說明裝置10的一個(gè)實(shí)施例操作的前視圖。更具體地說，圖4示出記錄在全息材料24上的干涉圖樣26如何衍射光信號(hào)18。通過內(nèi)反射，光信號(hào)18最終會(huì)聚在第二元件16的端面34附近的會(huì)聚點(diǎn)32處。
圖4還示出裝置10可以具有美觀的形狀，例如橢圓形或半圓形。裝置10的孔徑的示例直徑可以在2和24英寸之間，但根據(jù)具體應(yīng)用也可使用其它尺寸的孔徑。下面將指出，裝置10可具有不同于圖4所示的形狀，且在其它實(shí)施例中也可具有不同尺寸的孔徑。裝置10的總厚度，舉例來說，大約為3cm到1mm。就是說，裝置10的一個(gè)實(shí)施例幾乎是平的，不顯眼的，這樣使其適合于窗口安裝，因窗口可能需要在裝置10上面拉上百葉窗或窗簾。這種窄形式因素加上比較大的孔徑使裝置10很輕，但又能收集足夠的光，并不顯得占用了許多窗口空間。
圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置10的HOE的記錄過程48的示意圖。記錄過程48可用來在全息材料24上構(gòu)建作為衍射光柵或衍射全息圖的干涉圖樣26。在干涉圖樣26包括反射全息圖的實(shí)施例中，本專業(yè)技術(shù)人員得益于本公開內(nèi)容后就能理解如何記錄全息圖就可使干涉圖樣26反射具有適當(dāng)臨界角的光信號(hào)，而不是衍射光信號(hào)。所以對(duì)反射全息圖的記錄過程在此不再作詳細(xì)說明。
在一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)建和回放的波長(zhǎng)相同，例如在488nm或在514nm。下面將指出，這些波長(zhǎng)只是說明性的，在各種其它實(shí)施例中波長(zhǎng)范圍可在大約350nm到850nm之間。雖然這個(gè)在相同波長(zhǎng)進(jìn)行記錄和回放的“單步驟”過程提供簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但在一個(gè)實(shí)施例中所提供的HOE也可以在不同于記錄波長(zhǎng)的波長(zhǎng)下回放。例如，記錄波長(zhǎng)是488nM，而回放波長(zhǎng)(例如光信號(hào)18的波長(zhǎng))為785nm，850nm，或1550nm。在一個(gè)實(shí)施例中，回放的光信號(hào)18可以包括激光等。
在記錄和回放波長(zhǎng)不以大百分比變化的一個(gè)實(shí)施例中可以獲得HOE較好的性能。但在這兩個(gè)波長(zhǎng)之間有很大變化的情況下，例如當(dāng)回放波長(zhǎng)為紅外波長(zhǎng)時(shí)，HOE的效率和焦點(diǎn)還是可以優(yōu)化的。這是因?yàn)閷?duì)于任何類型的衍射光柵，其衍射效率和光點(diǎn)大小(例如焦點(diǎn))都是可以計(jì)算的。
如圖5所示，記錄過程48首先涉及在第二元件16的前表面20上加全息材料24(作為記錄過程48的襯底)。各種類型適合的混合物都可用作全息材料24，包括各種乳膠材料。在一個(gè)實(shí)施例中，用重鉻酸鹽明膠材料作全息材料24。可以按本專業(yè)技術(shù)人員已知的比例與重鉻酸鹽混合的適用的明膠類型實(shí)例由位于Paradise City，Utah的Ralcon Development Lab設(shè)計(jì)，由位于Sioux City，Iowa的kind& knox Gelantine，Inc.，在其光學(xué)明膠的GelitaTM生產(chǎn)線下制造，型號(hào)7644，批號(hào)2。在另一實(shí)施例中，可以使用具有低收縮特性且不需要加熱的光學(xué)聚合物材料。這種光學(xué)聚合物材料的實(shí)例是產(chǎn)品號(hào)HRF-600X113-6*0.5GB/TRANS，可由DuPont Holographics，Experimental Station，P.O.Box 80352，Wilmington，DE 19880-0352購(gòu)得?？稍陂_始記錄過程48之前，在全息材料24上加一層防光暈層(未示出)。
然后，將兩個(gè)光束50和52導(dǎo)向全息材料24。光束50(例如基準(zhǔn)光)垂直入射到第二表面22并通過第二元件16到全息材料24。光束52先通過空間濾光器或透鏡54，將光束52聚焦到針孔56上。光束52從針孔56發(fā)散，入射到第二元件16的端面34上，如圖5所示，在一個(gè)實(shí)施例中，可以將端面34修成斜面、使得它從垂直方向測(cè)量具有角度x。
然后光束52通向全息材料24。凡是光束50和52在全息材料24上重疊的地方，在全息材料24上所述位置的干涉就被記錄作干涉圖樣26。在一些實(shí)例中，由于在裝置10的一個(gè)實(shí)施例中所用的大衍射角，衍射效率可能與極化有關(guān)。增加全息材料24的厚度在近-Bragg匹配條件下可以改善對(duì)極化的依賴關(guān)系。記錄了干涉圖樣26之后，去除防光暈層。將第一元件14粘接到或用其它方法固定到全息材料24上使之密封。
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的能發(fā)射和接收光信號(hào)的裝置58的部分前視圖。裝置58可以包括與前述各圖和說明中類似的元件。這些類似元件可以包括HOE，用來從自由空間通信系統(tǒng)接收光信號(hào)，并將光信號(hào)導(dǎo)向第二元件的一個(gè)表面，使光信號(hào)能通過全內(nèi)反射在第二元件中傳播，還可以包括沿邊緣的涂層、光檢測(cè)器電路等等。圖6所示的實(shí)施例與上述實(shí)施例之間的區(qū)別在于裝置58既可發(fā)射又可接收。
裝置58包括第一全息材料60，其上記錄有第一干涉圖樣62，一起構(gòu)成第一HOE。所述第一HOE在位置、結(jié)構(gòu)、配置、記錄構(gòu)成、操作、形狀以及其它特性等方面均類似于用來接收光信號(hào)18并引導(dǎo)光信號(hào)18以全反射方式傳播，最終由光檢測(cè)器電路接收的前述HOE。
位于第一HOE鄰近的是第二HOE，它包括第二全息材料64，其上記錄有第二干涉圖樣66。在一個(gè)實(shí)施例中，第二HOE可以用“雙目鏡”方式設(shè)置在第一HOE附近，如圖6所示。下面將指出，這種設(shè)置僅僅是說明性的，第二HOE可以相對(duì)第一HOE設(shè)置在裝置58上的其它位置上。第一和第二HOE可以設(shè)置在同一平面上(例如在平面配置中)，或設(shè)置在不同平面上(例如，第一HOE設(shè)置在一個(gè)元件的前表面上，而第二HOE設(shè)置在所述元件的后表面上)。根據(jù)第二HOE的具體位置，其干涉圖樣66可以是透射性的或反射性的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二HOE基本上類似于第一HOE。也就是說，第二HOE可以用上述類似的材料和記錄過程來創(chuàng)建。
可以參考圖2的裝置10的實(shí)施例來描述用于透射目的的裝置58的操作，但裝置10已作了更改，即將全息材料64和第二干涉圖樣66包括在內(nèi)。首先，從位于靠近第二元件16的端面34的光源(例如激光器)發(fā)送另一光信號(hào)。所述光信號(hào)由光源以適當(dāng)?shù)呐R界角導(dǎo)向第二元件16的表面之一，使所述光信號(hào)能通過全內(nèi)反射在第二元件16的第一表面20和第二表面22之間傳播。其次，在第二元件16的表面之間傳播的光信號(hào)到達(dá)第二干涉圖樣66并由第二干涉圖樣引導(dǎo)通過第一元件14并到達(dá)自由空間光通信系統(tǒng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二干涉圖樣66可以通過第一元件14衍射光信號(hào)，例如，如果第二全息材料64設(shè)置在第二元件16的第一表面20上或在第二元件16內(nèi)的話。在其它實(shí)施例中，第二干涉圖樣66可以通過第一元件14反射光信號(hào)，例如，如果第二全息材料64設(shè)置在第二元件16的第二表面22上或在第二元件16內(nèi)的話。按照各種實(shí)施例，接收的和發(fā)射的光信號(hào)可以具有不同的波長(zhǎng)，例如，接收波長(zhǎng)是1550nm而發(fā)射波長(zhǎng)為1625nm。
總之，裝置10的一個(gè)實(shí)施例利用HOE收集某一波長(zhǎng)光(例如光信號(hào)18)，而同時(shí)又通過具有其它波長(zhǎng)的光，包括背景光。光信號(hào)18被所述HOE反射，并通過全內(nèi)反射，被傾斜地引導(dǎo)、最終到達(dá)光檢測(cè)器電路36?？梢栽黾友b置10的孔徑尺寸而不顯得占用了窗口空間，因?yàn)榭梢姽馊钥梢酝ㄟ^。較大的孔徑尺寸優(yōu)于小的孔徑尺寸，因?yàn)槌四苁占嗟墓庵?，眼睛安全，閃爍等也可得到改善。對(duì)本發(fā)明圖示實(shí)施例的上述說明，包括摘要中的說明，并非詳盡無遺或是為了將本發(fā)明限制在所公開的精確形式。此處對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例和實(shí)例所作的說明僅是說明性的，在本發(fā)明范圍內(nèi)可以作各種等效的改動(dòng)，這一點(diǎn)本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)能了解。
例如，圖1和圖4中示出裝置10為半圓形狀，但根據(jù)諸如裝飾設(shè)計(jì)、可用的窗口空間、窗玻璃12的形狀、需要收集的光量等等因素，其它實(shí)施例可具有其它形狀。此外，雖然此處將棱鏡耦合器40(例如由玻璃或塑料制成)和位置檢測(cè)器42描述為能夠用于跟蹤目的，但是，下面將指出，裝置10的一些其它實(shí)施例并不需要跟蹤。因此，對(duì)于這些實(shí)施例，就不需要安裝或使用棱鏡耦合器40和/或光檢測(cè)器42。
可按照上述詳細(xì)說明對(duì)本發(fā)明進(jìn)行這些修改。在以下所附權(quán)利要求書中所用的條款不應(yīng)認(rèn)為是將本發(fā)明限制在說明書和權(quán)利要求書中所公開的具體實(shí)施例上，而是，本發(fā)明的范圍完全由以下權(quán)利要求書所決定，所述權(quán)利要求書應(yīng)按解讀權(quán)利要求書的既定原則來解釋。
權(quán)利要求
1.一種裝置，它包括第一元件，通過該第一元件傳遞來自所述自由空間光通信系統(tǒng)的光信號(hào)；第二元件，它具有鄰接所述第一元件的第一表面并且具有第二表面；以及全息材料，所述全息材料具有記錄在其上的干涉圖樣、用于接收通過所述第一元件傳遞的所述光信號(hào)，這樣構(gòu)成所述干涉圖樣、以便使所述光信號(hào)射向所述第二元件的所述表面之一、以便使所述光信號(hào)能通過內(nèi)反射在所述第二元件的所述第一和第二表面之間傳播。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于記錄在所述全息材料上的所述干涉圖樣包括一部分透射全息圖。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述全息材料設(shè)置在所述第一元件和所述第二元件的所述第一表面之間，并且這樣構(gòu)成所述干涉圖樣、以便將所述光信號(hào)衍射到所述第二元件的所述第二表面。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述全息材料設(shè)置在所述第二元件內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述全息材料設(shè)置在所述第二元件的所述第二表面上，并且這樣構(gòu)成所述干涉圖樣、以便將所述光信號(hào)反射到所述第二元件的所述第一表面。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述全息材料包括重鉻酸鹽明膠材料。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述全息材料包括光聚合物材料。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一和第二元件包括玻璃材料。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一和第二元件包括塑料材料。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括所述光檢測(cè)器電路，所述光檢測(cè)器電路連接到所述第二元件、以便接收通過內(nèi)反射在所述第二元件的所述第一和第二表面之間傳播的所述光信號(hào)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述光檢測(cè)器電路包括光纖，所述光纖設(shè)置在所述第二元件的除所述第一和第二表面外的另一表面上。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述光檢測(cè)器電路包括光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器設(shè)置在所述第二元件的除所述第一和第二表面外的另一表面上。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括耦合棱鏡，所述耦合棱鏡設(shè)置在鄰近所述第二元件的所述第一表面處、以便獲得在所述第二元件的所述第一和第二表面之間傳播的所述光信號(hào)的一部分；以及位置檢測(cè)器，所述位置檢測(cè)器連接到所述耦合棱鏡上、以便根據(jù)所述耦合棱鏡獲得的部分所述光信號(hào)提供定向信息。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于還包括耦合棱鏡，所述耦合棱鏡設(shè)置在鄰接所述第二元件的所述第一表面處、以便獲得在所述第二元件的所述第一和第二表面之間傳播的所述光信號(hào)的一部分，其中所述耦合棱鏡和所述第一表面之間的空間可調(diào)、以便控制到達(dá)所述光檢測(cè)器電路的光量。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括后涂層，所述后涂層覆蓋所述第二元件上除所述第一和第二表面外的其它表面并覆蓋所述第一元件上不通過所述光信號(hào)的其它表面。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于這樣選擇所述全息材料的長(zhǎng)度、以便防止從所述第二元件的所述第二表面反射的所述光信號(hào)入射到所述全息材料上。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述光信號(hào)具有近紅外波長(zhǎng)，這樣構(gòu)成所述干涉圖樣、以便傾斜地衍射具有所述波長(zhǎng)的所述光信號(hào)，而同時(shí)基本上使具有其它波長(zhǎng)的光(包括背景光)通過所述第二元件。
18.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括另一種全息材料，所述另一種全息材料上記錄有另一種干涉圖樣、以便使在所述第二元件的所述第一和第二表面之間傳播的另一種光信號(hào)通過所述第一元件并射向所述自由空間光通信系統(tǒng)。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于來自所述自由空間光通信系統(tǒng)的所述光信號(hào)和由所述另一種干涉圖樣引導(dǎo)到所述自由空間光通信系統(tǒng)的所述另一種光信號(hào)具有不同的波長(zhǎng)。
20.一種裝置，它包括元件，它具有前表面和后表面；以及所述全息光學(xué)元件(HOE)，所述全息光學(xué)元件設(shè)置成將所述光信號(hào)傾斜地射向所述元件的所述表面之一、以便使所述光信號(hào)能通過內(nèi)反射在所述元件的前表面和后表面之間傳播。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于還包括另一元件，所述另一元件設(shè)置在所述全息光學(xué)元件上并且通過所述另一元件將來自自由空間光通信系統(tǒng)的所述光信號(hào)傳送到所述全息光學(xué)元件。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述全息光學(xué)元件包括全息材料，所述全息材料上記錄有干涉圖樣、以便將所述光信號(hào)衍射到所述元件的所述后表面上。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述全息光學(xué)元件包括全息材料，所述全息材料上記錄有干涉圖樣、以便將所述光信號(hào)反射到所述元件的所述前表面上。
24.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述全息光學(xué)元件包括全息材料，所述全息材料上記錄有干涉圖樣，它設(shè)置在所述元件的前表面上。
25.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于還包括耦合到所述元件的光檢測(cè)器電路，所述光檢測(cè)器電路鄰近會(huì)聚點(diǎn)以便接收在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播的所述光信號(hào)。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于還包括設(shè)置成鄰接所述元件的所述前表面的耦合棱鏡，所述耦合棱鏡接收在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播的所述光信號(hào)的一部分，其中，所述耦合棱鏡和所述前表面之間的空間可調(diào)、以便控制到達(dá)所述光檢測(cè)器電路的光量。
27.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于還包括耦合棱鏡，所述耦合棱鏡設(shè)置成鄰接所述元件的所述表面之一、以便獲得在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播的所述光信號(hào)的一部分；以及位置檢測(cè)器，所述位置檢測(cè)器耦合到所述耦合棱鏡、以便根據(jù)所述耦合棱鏡獲得所述光信號(hào)的所述部分提供定向信息。
28.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述光信號(hào)具有某一波長(zhǎng)，這樣構(gòu)成所述全息光學(xué)元件、以便衍射具有所述波長(zhǎng)的所述光信號(hào)而同時(shí)使具有其它波長(zhǎng)的光、包括背景光基本上通過所述第二元件。
29.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于還包括涂層，所述涂層覆蓋所述元件除所述前表面和后表面外的其它表面。
30.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于這樣選擇所述全息光學(xué)元件的長(zhǎng)度、以便防止從所述元件的所述后表面反射的所述光信號(hào)入射到所述全息光學(xué)元件上。
31.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于還包括另一全息光學(xué)元件、以便使已在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播的所述另一種光信號(hào)射向自由空間光通信系統(tǒng)。
32.一種系統(tǒng)，它包括元件，它具有前表面和后表面；全息光學(xué)元件(HOE)，所述全息光學(xué)元件設(shè)置成能有角度的使從自由空間光通信系統(tǒng)接收的并具有調(diào)制在其上的數(shù)據(jù)的光信號(hào)傾斜地射向所述元件的所述表面之一、以便使所述光信號(hào)能通過內(nèi)反射在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播；以及光檢測(cè)器電路，所述光檢測(cè)器電路耦合到所述元件、以便接收在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播的所述光信號(hào)并產(chǎn)生代表具有調(diào)制在其上的數(shù)據(jù)的所述接收的光信號(hào)的電信號(hào)。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光檢測(cè)器電路包括光纖，所述光纖耦合到所述元件的除前表面和后表面外的另一表面。
34.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光檢測(cè)器電路包括光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器設(shè)置在所述元件的除前表面和后表面外的另一表面附近。
35.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光信號(hào)具有某一波長(zhǎng)，這樣構(gòu)成所述全息光學(xué)元件、以便將具有所述波長(zhǎng)的所述光信號(hào)傾斜地衍射到所述后表面而同時(shí)使具有其它波長(zhǎng)的光、包括背景光基本上通過所述元件。
36.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于所述全息光學(xué)元件包括全息材料，所述全息材料上記錄有干涉圖樣、以便將所述光信號(hào)反射到所述元件的所述前表面。
37.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括耦合棱鏡，所述耦合棱鏡設(shè)置成鄰接所述元件表面之一、以便獲得在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播的所述光信號(hào)的一部分；以及位置檢測(cè)器，所述位置檢測(cè)器耦合到所述耦合棱鏡、以便根據(jù)所述耦合棱鏡獲得的所述光信號(hào)的所述部分提供定向信息。
38.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括耦合棱鏡，所述耦合棱鏡設(shè)置成鄰接所述元件的所述前表面、以便獲得在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播的所述光信號(hào)的一部分，其中，所述耦合棱鏡和所述前表面之間的空間可調(diào)、以便控制到達(dá)所述光檢測(cè)器電路的光量。
39.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括另一全息光學(xué)元件、以便將已在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播的另一種光信號(hào)射向自由空間光通信系統(tǒng)。
40.一種方法，所述方法包括從自由空間光通信系統(tǒng)接收光信號(hào)；以及通過使用全息光學(xué)元件(HOE)，傾斜地將所述光信號(hào)射向元件的前表面或后表面、以便使所述光信號(hào)可以通過內(nèi)反射在所述前表面和后表面之間傳播。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于還包括從所述元件的所述表面之一獲得所述光信號(hào)的一部分；以及根據(jù)所述獲得的所述光信號(hào)的所述部分提供定向信息。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于還包括通過改變所述耦合棱鏡和對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行內(nèi)反射的所述元件的所述表面之一的區(qū)域之間的間隔來控制到達(dá)所述光檢測(cè)器電路的光量。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于引導(dǎo)所述光信號(hào)的所述步驟包括利用所述全息光學(xué)元件的所述干涉圖樣將所述光信號(hào)衍射到所述元件的所述后表面。
44.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于引導(dǎo)所述光信號(hào)的所述步驟包括利用所述全息光學(xué)元件的所述干涉圖樣將所述光信號(hào)反射到所述元件的所述前表面。
45.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于還包括在會(huì)聚點(diǎn)附近接收借助內(nèi)反射通過所述元件傳播的所述光信號(hào)。
46.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于傾斜地引導(dǎo)所述光信號(hào)的所述步驟包括將具有某一波長(zhǎng)的所述光信號(hào)傾斜地衍射到所述元件的所述后表面而同時(shí)使具有其它波長(zhǎng)的其他光、包括背景光基本上通過所述元件。
47.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于還包括利用入射到全息材料的兩個(gè)干涉光波前來記錄包括所述全息光學(xué)元件的一部分的干涉圖樣。
48.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于還包括利用空氣間隙將所述元件的所述后表面與一種薄膜隔開。
49.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于還包括利用另一全息光學(xué)元件、使已在所述元件的所述前表面和后表面之間傳播的另一種光信號(hào)射向所述自由空間光通信系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于自由空間光通信系統(tǒng)的裝置包括具有前表面和后表面的元件(16)。設(shè)置全息光學(xué)元件(24)以便接收來自自由空間光通信系統(tǒng)的光信號(hào)(18)并使具有某一波長(zhǎng)的光信號(hào)傾斜地射向所述元件的表面之一、以便使光信號(hào)借助內(nèi)反射在所述元件的前表面和后表面之間傳播。所述內(nèi)反射的光信號(hào)最終在光檢測(cè)器電路處會(huì)聚并被接收。同時(shí)，具有其它波長(zhǎng)的光、包括可見背景光都可通過所述全息光學(xué)元件，從而使所述裝置看上去是透明而不引人注目的。
文檔編號(hào)G02B5/18GK1518673SQ02812356
公開日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2002年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月20日
發(fā)明者R·M·皮爾斯, C·H·弗拉多維奇, N·E·布拉特, R M 皮爾斯, 布拉特, 弗拉多維奇 申請(qǐng)人:特拉比姆公司