專利名稱：光束組合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚束裝置，尤其涉及一種用于對穿過大氣的光線進行組合和準直的方法和裝置。
背景技術：
目前照明系統(tǒng)可以用于對光進行傳輸。該透射光用于在光源和接收器之間傳送數據。例如，數據可以從光源經光纖被傳送到接收器。此外，該透射光還可用于對目標進行定位。例如激光瞄準具用于瞄準目標。再有，透射光還可用于雕刻。大功率雷達可以利用光的傳輸例如進行目標照明。
令人遺憾的是，現有的許多照明系統(tǒng)不能為大量的應用提供充足的功率。另外，為大量的應用增大光的功率受到費用和空間的限制。例如，出于對必要的功率需要的考慮，穿過大氣進行高速數據傳輸將受到費用的限制。而且在諸如目標定位系統(tǒng)等許多應用中，由于價格和尺寸的原因制約著了對大型照明系統(tǒng)的使用。例如，現有最大功率的激光二極管無法產生大于1至4瓦的功率。而在能見度不高的大氣條件下該功率并不足以實現對戰(zhàn)場場面的三維再現。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種非成像光束組合器和準直儀(NIBCC)。所述NIBCC包括至少兩個第一光源和一個非成像元件，所述第一光源發(fā)出過焦點的等波長的光，和所述非成像元件接收經過焦點后的等波長光并且使等波長光平行穿過大氣。所述至少兩個第一光源包括纖維光源、光纖、梯度折射率透鏡、纖維激光器和激光二極管中的至少任一個元件。所述準直儀包括入射面、與入射面相鄰的拋物面、與拋物面相鄰的圓錐面和與圓錐面相鄰位于準直儀的相對側遠離入射面的橢圓面。拋物面應用全內反射原理。
所述NIBCC還包括至少兩個第二光源，所述至少兩個第二光源發(fā)出過焦點的相同的第二波長的光。非成像元件還接收經過焦點后的相同的第二波長的光并且對相同的第二波長的光進行準直，以使穿過大氣的相同的第二波長的光的功率疊加。
此外，NIBCC還包括與至少兩個第二光源中的至少一個第二光源相連的光源控制器和與光源控制器相連的大氣狀況傳感器。其中所述光源控制器根據大氣狀況傳感器感測出的大氣狀況控制由至少兩個第二光源中的至少一個第二光源所發(fā)出的光。當大氣狀況傳感器感測出大氣易于傳輸光時，光源控制器可以令至少兩個第二光源中的至少一個第二光源停止發(fā)射光。而當大氣狀況傳感器感測出大氣狀況不易于傳輸光時，光源控制器還可以使至少兩個第二光源中的至少一個第二光源發(fā)射光。大氣狀況傳感器包括激光雷達。光源控制器根據大氣傳感器所感側的大氣狀況，實現增大、保持和降低穿過大氣的光的功率。大氣狀況傳感器對穿過大氣的具有相同第一波長的光束內的大氣狀況進行檢測。
NIBCC可以用于雕刻，此外還可用在用于瞄準物體的目標精確定位系統(tǒng)。
NIBCC還可用于大氣光傳輸網，所述大氣光傳輸網包括大氣光數據節(jié)點。所述大氣光數據節(jié)點包括至少兩個第一光源，所述至少兩個第一光源發(fā)出過焦點的相同的第一波長的光。大氣光數據節(jié)點還包括至少兩個第二光源，所述至少兩個第二光源發(fā)出過焦點的相同的第二波長的光。大氣光數據節(jié)點還包括非成像元件，在相同的第一波長的光會聚到焦點并且實現準直后，所述非成像元件接收相同的第一波長的光，從而實現穿過大氣的相同第一波長的光的功率疊加。而相同的第二波長的光會聚到焦點并且實現準直后，非成像元件接收相同的第二波長的光，從而實現穿過大氣的相同的第二波長的光的功率疊加。所述大氣光傳輸網還可以包括一個第二大氣光數據節(jié)點。
另外，大氣光傳輸網還包括用于接收來自大氣的相同的第一波長光和相同的第二波長光的接收器。所述接收器與用于組合和準直光的裝置之間的距離至少約為2千米、10千米或者更遠。接收器包括波分分路器，所述分路器將具有相同的第一波長的光與具有相同的第二波長的光分路。接收器還包括分插復用器。
大氣光傳輸網還包括對穿過大氣的準直的光進行反射的反射器。大氣光傳輸網還包括將準直的光折射到第一接收器和第二接收器的折射器。
大氣光傳輸網還包括一個與至少兩個第一光源中的至少一個第一光源相連的光源控制器和一個與光源控制器相連的大氣狀況傳感器。所述光源控制器根據由大氣狀況傳感器感測出的大氣狀況對由至少兩個第一光源中的至少一個第一光源所發(fā)射的光進行控制。當大氣狀況傳感器感測出大氣易于傳輸光時，光源控制器令至少兩個第一光源中的至少一個第一光源停止發(fā)光。而當大氣狀況傳感器感測出大氣不易于傳輸光時，光源控制器另外使至少兩個第一光源中的至少一個第一光源發(fā)出光。
大氣狀況傳感器包括激光雷達。光源控制器根據大氣傳感器所感側出的大氣狀況，增大、保持和降低穿過大氣的光的功率。大氣狀況傳感器對穿過大氣的具有相同的第一波長的光的光束內的大氣狀況進行檢測。
所述NIBCC具有以下優(yōu)點該裝置可以獲得具有0.5毫拉德發(fā)散度的高質量準直光束；另外，所述裝置機械結構堅固，即使在戰(zhàn)場條件下，工作時也不需要周期校準；再有，該裝置既可以利用模制工藝也可以利用金剛石車削工藝可實現成本低廉的批量生產；還有，因為該裝置不用金屬零件制成，所以在戰(zhàn)場上敵方的雷達無法探測到該裝置，因此，該裝置有助于隱形技術；還有，該裝置結構緊湊，比應用習用的光學方法小10倍，所述NIBCC的尺寸可以小于2″×2″×3″；另外裝置的外表面不沾污易于清潔。還有，因為NIBCC內的光路差大大小于1GHz微波信號的相干長度，所以該裝置可以在1GHz的微波調制頻率下實現相位相干準直(phase coherent collimation)。另外，該裝置可以實現高效率(在NIBCC上涂有抗反射涂層，透射超過98％)的光準直。再有，因為所述NIBCC所組合的光束越多，入射光束的每個部分孔徑則越小，所以各光束的可能的像差很小。還有，NIBCC可以組合等波長的光束。
NIBCC不僅價格低廉而且在溫度變化及振動時保持穩(wěn)定。由于NIBCC在小立體角的情況下亮度很高，所以得到許多工商業(yè)應用領域的歡迎，例如機場的著陸燈、用于高桅桿的非定向警示進近燈、警用探照燈和直升機進近燈等。


下面對照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例加以說明，其中用相同的附圖標記表示相同的部件。圖中示出圖1為第一實施例的用于組合及準直穿過大氣的光的系統(tǒng)的舉例方框圖；圖2為另一實施例的用于組合及準直穿過大氣的光的系統(tǒng)或裝置的舉例方框圖；圖3為一個實施例的大氣光傳輸網系統(tǒng)的舉例方框圖；圖4為一個實施例的接收器的舉例方框圖；圖5為一個實施例的利用NIBCC的系統(tǒng)的舉例圖；圖6為一個實施例的利用NIBCC的網絡舉例圖；圖7為一個實施例的雕刻機舉例方框圖；圖8為一個實施例的目標瞄準系統(tǒng)的舉例圖；圖9為一個實施例的NIBCC的設計舉例圖；圖10為說明光線如何平行于X軸射出的舉例圖；圖11為另一個實施例的NIBCC的設計舉例圖；圖12為一個實施例的用于不同折射率的NIBCC的形狀舉例圖；圖13為一個實施例的減小的入射角的共軛的方案的舉例圖；圖14為一個實施例的聚焦光學器件的舉例圖；圖15說明聚焦光學器件如何實現良好的像差校正的舉例圖；圖16為纖維末梢過聚焦系統(tǒng)成的像；圖17為另一個實施例的聚焦光學器件的舉例圖；圖18為另一個實施例的聚焦光學器件的舉例圖；
圖19為另一個實施例的四個視點場的聚焦光學器件的點擴散函數的舉例圖；圖20為一個實施例的聚焦物鏡的外殼設計，和圖21為一個實施例的入射到具有聚焦物鏡的NIBCC上的光束的排列舉例圖。
具體實施例方式
圖1為第一實施例的諸如NIBCC等系統(tǒng)或裝置100的方框圖，所述系統(tǒng)或裝置100用于對穿過大氣的光進行組合及準直。裝置100包括光源110、120、130和非成像元件(NIE)160。其中光源110、120和130包括至少兩個光源110、130或者包括兩個以上的光源110、130。光源110、120和130還可以包括纖維光源、光纖、梯度折射率透鏡、纖維激光器、激光二極管或者任何其它用作光源的器件。NIE 160包括入射面162和出射面167。NIE 160包括對光進行準直和/或組合的裝置。工作時，光源110、120和130直接向NIE 160的入射面發(fā)射光140、142和144。其中多個光源的至少兩個光源發(fā)射完全等波長的光。光140、142和144經過焦點150完全直接射向NIE 160的入射面165，所述NIE 160對光140、142和144進行準直和組合。接下來，NIE 160經出射面167射出準直組合的光170、172和174。通過對經過焦點150接收到的光進行準直和組合，NIE 160使接收到的光140、142和144的強度疊加，形成穿過出射面167的組合光170、172和174。所以，例如，在一個光源的基礎上增加第二光源，則一個光源所發(fā)射的光的強度加倍，然后再增加一第三光源，則一個光源所發(fā)射的光的強度增加三倍，等等。
光源120含有光控制器和大氣傳感器，并且所述光源120與光源110、130中的至少一個光源耦合。例如，光源120可以是光探測和測距或激光雷達并且可以發(fā)出經過焦點150的光140，所述光140穿過NIE160并且作為光170從出射面167射出。光170的一部分視大氣狀況被NIE 160反射回去。例如，與能見度較高的大氣相比，霾或煙將導致更多的光被反射回。光經NIE 160被反射回光源120。然后光源120的大氣傳感器對大氣狀況的變化進行檢測。當大氣狀況改變時，光源120的光控制器對光源110、130發(fā)出的光進行調整。例如，當大氣狀況使光難以傳送時，所述光控制器使附加的光源(如光源110)發(fā)光或者增大其發(fā)光強度。所以，在能見度高的大氣狀況下可以使用一個光源而在能見度不高的大氣狀況下則可以增加更多的光源對大氣條件進行補償。
圖2為另一個實施例的諸如NIBCC 200系統(tǒng)或裝置的示意圖，其中所述系統(tǒng)或者裝置用于對穿過大氣的光進行組合和準直。NIBCC 200包括光源205和NIE 250。其中光源205包括激光二極管210、212和214和梯度折射率(GRIN)透鏡230、232和234。所述GRIN透鏡230、232和234安裝在照明器的外殼220上。NIE 250包括入射面252、拋物面254、錐形面256和橢圓面258，其中錐形面256圍繞X軸260成圓錐形。工作時，激光二極管210、212和214發(fā)射光，所述光通過GRIN透鏡230、232和234，然后以光240的形式經過焦點275。光240穿過入射面252進入NIE 250，并且經反射和折射形成平行于X軸的出射光270和272。
工作時，或者利用喇叭技術或者利用傳統(tǒng)光學技術使激光二極管210、212和214發(fā)出的光耦合到纖維216至218中。幾個GRIN透鏡230、232和234對光進行向NIE 250的焦點275的導向。接著NIE輸出出射光270和272。
所述NIE 250包括圍繞X軸260對稱旋轉的面。其中入射面252為球面，其中心在點275上。從點275射出的光線穿過入射面252，并不發(fā)生折射。從A到B的面254包含焦點位于點275的拋物面。每條光線FC在平行于拋物面的軸線的方向上經過全內反射被反射(作為光線CE)。光線CE在從B到D的錐形面256上被折射，折射光線平行于X軸。點275為從D到L的橢圓258的后焦點。入射光線，例如FP在面256上被直接折射，折射光線，例如出射光272等平行于X軸。NIE 250的收集角(acquisition angle)為180°(即NIE可收集π立體角范圍內的光)。它也是一種用于點光源的無像差準直元件。因為在點275處的聚焦點的尺寸極其微小(～50um)，所以NIE 250能實現0.5毫拉德的出射光束的發(fā)散度。為有助于NIE 250實現小像差，所述NIE 250采用金剛石車削工藝由光學塑料制成，其收集角(acquisition angle)可減小到160°，此處收集角的減小并不會明顯降低NIE收集的光量。
圖3為一實施例的大氣光傳輸網系統(tǒng)300的方框圖。所述系統(tǒng)300包括數據源310，光源320、322、324、326和328，經過焦點355發(fā)出的光330，NIE 340，經組合準直的光345，包括有透鏡350、探測器360和終端372、374、376的接收器。工作時，數據源310為光源320-328提供數據，以光330的形式射出。例如，數據源310可以提供給光源320-328二進制數據，作為脈沖調制的光發(fā)送出。為了實現不同的通道，光源322和324可以發(fā)射具有第一波長的光形成一個通道，而光源326和328可以發(fā)射具有第二波長的光實現一輔助通道。因此，光源322和324可以傳送第一通道的數據而光源326和328則可以傳送第二通道的數據。
光源320包含光控制器和用于對光源320、322、324、326和328進行控制的感測大氣狀況的大氣傳感器。因此，在能見度高的大氣狀況下，為節(jié)省能量可以使用少量的光源；而在能見度不高的大狀況下，則對每個通道可以使用具有等波長的附加光源，以增大穿過大氣的透射功率。所述光控制器和大氣傳感器可以設置在系統(tǒng)300的外部。所以，光控制器和大氣傳感器不必經NIE340對光進行接收。
光330經焦點355射到NIE 340上。然后，所述NIE 340對光345進行組合和準直。光345由接收器的透鏡350接收，并且聚焦到接收器的探測器360上。接下來，探測器360可以將不同的數據通道分配給不同的終端372、374和376。例如，探測器360可以包括探測器陣列、波分分路器、光電轉換器和/或插接多路復用器/分路器。終端372、374和376是附加的探測器、計算機終端、服務器、節(jié)點或者其它任何利用數據的器件。
圖4為一個實施例的接收器400的舉例方框圖。所述接收器400起著圖3中系統(tǒng)300的探測器360的作用。接收器400包括探測器420，光泵430，光電探測器442、442、446和448，檢驗器450和聲光插接多路復用器/分路器(AOADM)452。工作時，探測器420接收來自大氣的光410。所述探測器420包括透鏡或者分光鏡、探測器電路、光學傳感器、波分分路器或類似的器件。接下來，探測器可以將從光410接收到的數據分配給接收器400的其它元件。所述數據可以分成光學數據或者電子數據。光泵430接收作為光學數據或者光形式的數據，然后將光放大，用于繼續(xù)傳輸。光電探測器442-448接收作為光形式的數據并將光轉換成用于電系統(tǒng)的電信號。每個探測器442-448接收來自光410的被分路的單獨的光路。然后所述探測器442-448將光學數據轉化成電信號，傳送給后續(xù)的器件。
檢測裝置450根據不同的標準檢測大氣狀況并且對其它器件進行相應控制。例如檢測裝置450可以使用帶內激光雷達(in-band lidar)檢測大氣狀況。AOADM 452以載有數據的光的附加波長的形式實現插接或分路附加通道，并且利用附加的NIBCC繼續(xù)進行光的傳輸。AOADM 452也可以再產生用于繼續(xù)傳輸的接收信號。AOADM 452可以在光學段完全起作用或者AOADM 452可以轉換到電學段然后再回到光學段。然后，所述AOADM 452將信號傳送給其它的接收器。
圖5為一個實施例的利用NIBCC的基本系統(tǒng)500的示意圖。所述基本系統(tǒng)500包括第一大氣光數據傳輸節(jié)點(AODN)510、第二AODN520、經準直組合的光530、第一建筑物540和第二建筑物550。其中第一AODN 510可以安裝在第一建筑物540上，第二AODN 520可以安裝在第二建筑物550上。所述建筑物540和550可以包括大樓、塔或者任何其它對AODN有效支撐的建筑物。建筑物540和550之間的距離例如大約為10km。AODN包括一種用于對穿過大氣的光540進行組合和準直的儀器，例如圖1所示的儀器100。工作時，AODN 510以組合準直的光540的形式將數據傳送給第二AODN 520。因此，所述基本系統(tǒng)500可以用來形成諸如校園局域網等城域網(MAN)，或者也可以用來形成廣域網(WAN)。
圖6為一個實施例的利用NIBCC的網絡600的舉例圖。所述網絡600包括建筑物610-614、AODN 620-624和反射器630。工作時，AODN 620可以利用組合準直的光將數據傳送到AODN 621。AODN 621可以接收到光傳輸的數據，并且可再生、將光反射或者折射到AODN 622和623上。AODN 623可以利用光傳輸來的數據，并且還可以將光射到反射器630上。反射器630可以將光反射到AODN 624上。所以，反射起630可以用于克服從AODN 623到AODN 624之間的視距障礙。網絡600可以用來形成WAN或者MAN。所有AODN 622-624可以使用如圖4中所示的接收器和如圖1、2中所示的NIBCC。
圖7為一個實施例的雕刻機700的舉例方框圖。光刻機700可以包括光源710、720和730以及NIE 740，其中，在工作時光源710、720和730可以將過焦點的光735射到NIE 740上。接下來，NIE 740可以對光進行組合和準直，形成光750，射到物體760上。因此，NIE 740產生高強度的光，其強度等于光源710、720和730所發(fā)射的光735的強度的總和。光刻機700用光實現對多種不同的物體的光刻，例如物體760。
圖8為一實施例的目標精確定位系統(tǒng)800的距離圖。所述目標精確定位系統(tǒng)800包括光源810、820和830以及NIE 840。工作時，光源810、820和830將過焦點的光835射到NIE 840上。然后NIE 840對光進行組合和準直，輸出光850。光850用于對物體860進行精確定位。因此，NIE 840可以對光源810、820和830所發(fā)出的光的功率進行組合，從而產生高強度光850。然后利用所述高強度光850對物體860進行瞄準。
圖9為一個實施例的NIBCC 900的設計舉例圖，例如圖2中的NIBCC。NIBCC 900包括NIE 910和GRIN透鏡920、930和940，其中GRIN透鏡920、930和940與纖維925、935和945的陣列連接。NIE910集中了來自整個半球的光。其中最大限度的接收光線為FA，側面AB為旋轉拋物面，所述拋物面以等于或者大于全內反射角k的角度對光進行反射，hsink＝1，(1-2)其中h為非成像元件材料的反射系數。全部光線以與光軸FO的夾角的角度θ被反射。經圓錐面BD折射后，出射光線平行于軸FO。其中，n為折射系數，
n sin α＝sin β (1-3)如果出射光線γ平行于軸FO，根據三角形FEM得出β＝90°-φ (1-4)其中EM垂直于錐面DB。根據三角形CNE得出α＝180°-θ-δ (1-5)因此，δ＝180°-β(1-6)或者，根據等式(1-4)，得出δ＝180°-90°+φ＝90°+φ (1-7)所以α＝180°-φ-90°＝90°-θ-φ(1-8)所以決定非成像元件的設計的主要等式為對等式(1-3)的解釋n sin(90°-θ-φ)＝sin(90°-φ)，或者n cos(θ+φ)＝cos(φ). (1-9)因為θ＝90°-2K，并且由等式(1-2)已知角K，等式(1-9)給出φ的大小。
面DLS為凸橢圓面，F點為該橢圓的后焦點。已知如果橢圓的偏心率ε為ε＝1/n(1-10)則如圖10所示，所有光線都平行于X軸射出。如果r1＝FA和r2＝AF1，則r1＝a+εx (1-11)其中a為橢圓半軸。如果圖10的角φ等于圖9的角φ，則反射情形如圖11所示。在角為φ時，線段FD為r1。為了得出r1，由三角形FAD可知r1/sin(90-θ)＝h/sin(180-90+θ-90+φ)，(1-12)或者r1/cosθ＝h/sin(θ+φ)， (1-13)r1＝h cosθ/sin(θ+φ).因為焦點F位于X＝-aε(圖10)的位置，所以點D的X坐標為XD＝-aε+r1cosφ (1-14)但是，根據等式(1-11)，得出r1＝a+εXD或者 (1-15)r1＝a+ε(-aε+r1cosφ).
根據等式(1-15)得出參數a為a=r1(1-ϵ2)(1-ϵcosφ)---(1-16)]]>根據等式(1-16)得出的參數a和根據等式(1-10)得出的參數ε決定了所述橢圓。理論上講圖9中的設計為無像差設計，但實際上會聚到點F的光具有有限的尺寸，這是因為會聚到點F的光是GRIN透鏡上的端纖維所成的像，由此導致出射光束的發(fā)散。
具有180°可接收入射角的NIE存在非常窄的光學材料折射率的間隔。所述折射率的間隔被限定在指數值為1.7至1.85。由于隨著指數減小，NIE的橢圓部分膨脹，引起NIE形狀損失(shape degradation)。這是因為偏心率隨著指數減小而增大(等式1-10)以及小橢圓軸的絕對值增大之故。該指數減小導致全內反射角增大(圖9)，從而D點的高度增大。如果該指數增大，橢圓瘦縮，則這將會再次導致形狀損失。圖12為一個實施例的具有不同折射率的NIE的形狀的舉例圖。
金剛石車削是制造NIE的唯一可行的技術。但是使用金剛石車削技術加工玻璃會產生斷裂層。所以設計采用光學塑料丙烯酸。丙烯酸的折射率是1.5。為與該折射率相配合，NIE的入射角從180°減到較小的值，例如減小到160°。圖13為一個實施例的入射角減小的共軛方案圖。
如圖13所示，對傾斜的拋物面AB而言，全內反射從點A開始。不管角k為多大，角θ都足夠大，以便支持NIBCC的瘦縮的橢圓部分(光線PD向下傳播，其中點D靠近點F)。其中，橢圓并不變粗。最初θ＝90°-2K，現在θ＝90-2k+(90-α/2)。盡管在此設計中所述橢圓部分足夠小，但是在NIBCC中它仍然是像差的主源。所以，纖維光學照明組件必須與NIBCC的到達角(acceptance angle)一致。
圖14為一個實施例的聚焦光學器件1400的舉例圖，該器件使用用于獲得高質量聚焦光學器件的平凸GRIN透鏡1410和附加的正元件1420。其中，附加的正元件1420彌補像差和使輸入孔徑(inputaperture)等于纖維孔徑0.35。如圖15所示，聚焦光學器件1400可實現良好的像差校正。圖中示出物體高度為0、0.02mm、0.031mm的三點擴散函數。光斑直徑約為0.015mm。這意味著纖維末梢在聚焦系統(tǒng)上的成像如圖16所示。
圖17為另一個更為復雜的實施例的聚焦光學器件1700舉例圖。所述聚焦光學器件1700包括GRIN透鏡1720、正元件1730和負透鏡1710。其中負透鏡1710使出瞳投射到正元件1730的上。
圖18為另一個實施例的聚焦光學器件1800。該聚焦光學器件包括GRIN透鏡1810、負透鏡1820和正透鏡1830。聚焦光學器件1800的像質量比圖14中所示的物鏡好10倍。視場邊緣最大光斑的大小約為2um。圖19為一個實施例的四個視場點的聚焦光學器件1800的點擴散函數舉例圖。
顯像聚焦物鏡的出射孔徑為0.449或者為26°。所以光錐的二倍角為52°。七個聚焦光學器件或者物鏡的組合覆蓋大約156°的NIBCC的入射錐。物鏡的光學器件組合成機械外殼。外殼壁的最小厚度為0.2mm。如圖18所示，在像距為1.154mm的情況下，光束中斷的最小半角約為9°。圖20為一個實施例的聚焦物鏡2000的外殼設計舉例圖。
圖21為一個實施例的入射到具有聚焦物鏡2000的NIBCC上的光束的排列舉例圖。圖21中的排列幾乎是最佳的并且采用現有的微型物鏡制造工藝即可以實現。
盡管以上對本發(fā)明的特定實施例加以說明，但是顯然本領域的普通技術人員可以對其加以變更、修改和變形。所以，本發(fā)明不僅限于所述優(yōu)選實施例，而是可以對其加以修改和變型。另外，可以對本發(fā)明進一步加以多種變型而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種用于組合和準直穿過大氣的光的裝置，所述裝置包括至少兩個第一光源，所述至少兩個第一光源發(fā)射基本過焦點的具有相同的第一波長的光； 和非成像元件，所述非成像元件接收經過焦點之后的具有相同的第一波長的光和對具有相同的第一波長的光進行準直，以便使穿過大氣的具有相同的第一波長的光的功率疊加。
2.按照權利要求1所述的裝置，其中至少兩個第一光源包括纖維光源、光纖、梯度折射率透鏡聚焦系統(tǒng)、纖維激光器和激光二極管中的至少任意一種。
3.按照權利要求1所述的裝置，其中非成像元件包括入射面；與入射面相鄰的拋物面；與拋物面相鄰的圓錐面；和與圓錐面相鄰并且位于非成像元件的相對側遠離入射面的橢圓面。
4.按照權利要求3所述的裝置，其中拋物面包括全內反射面。
5.按照權利要求1所述的裝置，還包括至少兩個第二光源，所述至少兩個第二光源發(fā)出過焦點的具有相同的第二波長的光，其中非成像元件還接收經過焦點之后的具有相同的第二波長的光并且對具有相同的第二波長的光進行準直，以便使穿過大氣的具有相同的第二波長的光的功率疊加。
6.按照權利要求1所述的裝置，還包括光源控制器，所述光源控制器與至少兩個第一光源中的至少一個第一光源連接；和與光源控制器連接的大氣狀況傳感裝置。
7.按照權利要求6所述的裝置，其中光源控制器根據由大氣狀況傳感裝置感測的大氣狀況對由至少兩個第一光源中的至少一個第一光源所發(fā)射的光進行控制。
8.按照權利要求7所述的裝置，其中當大氣狀況傳感裝置感測到大氣易于透射光時，光源控制器使至少兩個第一光源中的至少一個第一光源停止發(fā)射光。
9.按照權利要求7所述的裝置，其中當大氣狀況傳感裝置感測到大氣不易于透射光時，光源控制器使至少兩個第一光源中的至少一個第一光源發(fā)射光。
10.按照權利要求6所述的裝置，其中大氣狀況傳感裝置包括激光雷達。
11.按照權利要求6所述的裝置，其中光源控制器根據大氣傳感裝置所感測到的大氣起著增大、保持和減小穿過大氣的光的功率的作用中的至少一個作用。
12.按照權利要求6所述的裝置，其中大氣狀況傳感裝置感測穿過大氣的具有相同第一波長的光的光束內的大氣狀況。
13.一種光刻機，由權利要求1所述的裝置構成。
14.一種目標精確定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于對物體進行瞄準，并由權利要求1所述的裝置構成。
15.一種大氣光傳輸網，包括(1)第一大氣光學數據傳輸節(jié)點，包括至少兩個第一光源，所述至少兩個第一光源過焦點發(fā)射具有相同的第一波長的光；至少兩個第二光源，所述至少兩個第二光源過焦點發(fā)射具有相同的第二波長的光；非成像元件，所述非成像元件接收經過焦點之后的具有相同的第一波長的光并且對具有相同的第一波長的光進行準直，從而實現對穿過大氣的具有相同的第一波長的光的功率的疊加，以及所述非成像元件接收經過焦點之后的具有相同的第二波長的光并且對具有相同的第二波長的光進行準直，從而實現穿過大氣的具有相同的第二波長的光的功率的疊加；(2)第二大氣光學數據傳輸節(jié)點。
16.按照權利要求15所述的網絡，還包括接收來自大氣的具有相同的第一波長的光和具有相同的二波長的光的接收器。
17.按照權利要求16所述的網絡，其中接收器距離用于對光進行組合和準直的裝置大約10千米。
18.按照權利要求16所述的網絡，其中接收器包括使具有相同的第一波長的光和具有相同的第二波長的光分路的波分多路分路器。
19.按照權利要求16所述的網絡，其中接收器還包括接插復用器。
20.按照權利要求15所述的網絡，還包括反射器，所述反射器對穿過大氣的準直的光進行反射。
21.按照權利要求15所述的網絡，還包括折射器，所述折射器對準直的光向第一接收器和第二接收器進行折射。
22.按照權利要求15所述的網絡，還包括光源控制器，所述光源控制器與至少兩個第一光源中的至少一個第一光源連接；和與光源控制器連接的大氣狀況傳感裝置。
23.按照權利要求22所述的網絡，其中光源控制器根據由大氣狀況傳感裝置感測的大氣狀況對由至少兩個第一光源中的至少一個第一光源所發(fā)射的光進行控制。
24.按照權利要求23所述的網絡，其中當大氣狀況傳感裝置感測到大氣易于透射光時，光源控制器使至少兩個第一光源中的至少一個第一光源停止發(fā)光。
25.按照權利要求23所述的網絡，其中當大氣狀況傳感裝置感測到大氣不易于透射光時，光源控制器使至少兩個第一光源中的至少一個第一光源發(fā)光。
26.按照權利要求22所述的網絡，其中大氣狀況傳感裝置包括激光雷達。
27.按照權利要求22所述的網絡，其中光源控制器根據大氣傳感裝置所感測到的大氣狀況起著增大、保持和減小穿過大氣的光的功率的作用中的至少任一個作用。
28.按照權利要求22所述的網絡，其中大氣狀況傳感裝置對穿過大氣的具有相同的第一波長的光的光束內的大氣狀況進行檢測。
29.一種大氣光學數據傳輸節(jié)點包括至少兩個第一光源，所述至少兩個第一光源發(fā)射過焦點的具有相同的第一波長的光；至少兩個第二光源，所述至少兩個第二光源發(fā)射過焦點的具有相同的第二波長的光；非成像元件，所述非成像元件接收經過焦點之后的具有相同的第一波長的光并且對具有相同的第一波長的光進行準直，從而實現穿過大氣的具有相同的第一波長的光的功率的疊加，以及所述非成像元件接收經過焦點之后的具有相同的第二波長的光并且對具有相同的第二波長的光進行準直，從而實現穿過大氣的具有相同的第二波長的光的功率的疊加。
全文摘要
一種非成像光束組合器和準直儀。所述非成像光束組合器和準直儀包括至少兩個發(fā)射過焦點(150)的等波長(142、144)光的光源(110、130)；和一個非成像元件(160)，所述非成像元件接收經過焦點之后的等波長的光和對穿過大氣的等波長的光進行準直。至少兩個光源(110、130)包括纖維光源、光纖、梯度折射率透鏡、纖維激光器或激光二極管。非成像元件(160)包括入射面(165)；與入射面相鄰的拋物面；與拋物面相鄰的圓錐面；和與圓錐面相鄰并且位于非成像元件(160)的相對側遠離入射面(165)的橢圓面。拋物面包括內反射面。
文檔編號H04J14/02GK1500324SQ01813568
公開日2004年5月26日 申請日期2001年6月6日 優(yōu)先權日2000年6月9日
發(fā)明者伊利亞·阿古若克, 朗尼·林塞, 伊利亞 阿古若克, 林塞 申請人:物理光學公司