一种旋转双工无线光通信组件、信号传输方法及装配方法与流程

本发明涉及光通讯，具体为一种旋转双工无线光通信组件、信号传输方法及装配方法。

背景技术：

1、旋转双工系统广泛用于环视雷达、工业机械臂以及全景监测设备等应用领域，承担着在相对旋转的两个物理部件之间进行数据传输的功能作用。

2、旋转双工系统通信的常规方法是通过缆线经由相对于彼此的两个组件，其中在旋转位置处使用滑动环或接触刷来传输电信号，具体如图4所示，由于接触的磨损限制了其使用寿命，同时电信号在滑动环上的全向信号传播会引起多路径传播，这会导致各个电信号的运行时间差异从而限制其传输带宽。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中旋转双工通信系统在旋转工作模式以及装配过程中因偏移和偏角引起的通信质量波动问题，同时有效减少激光器的对射干扰，而提出的一种旋转双工无线光通信组件。

2、第一方面，本发明的实施例提供了一种旋转双工无线光通信组件，包括：电路板以及连接于所述电路板上的激光器芯片和探测器芯片，所述电路板上还连接有覆盖所述激光器芯片和所述探测器芯片的透镜；

3、所述透镜具有第一透镜区和第二透镜区，所述第一透镜区位于所述激光器芯片的出光侧，且所述第一透镜区的一侧表面形成有二维锥面，用于将所述激光器芯片出射的光束变换为发散环形光斑并向对端通信组件发射；所述第二透镜区位于所述探测器芯片的入光侧，且所述第二透镜区具有倾斜的双面非球面，用于将来自对端通信组件的外部发散环形光斑的部分光束向所述探测器芯片汇聚。

4、在一实施例中，所述激光器芯片设于所述旋转双工无线光通信组件的旋转中心轴上。

5、在一实施例中，所述第一透镜区的另一侧表面形成有第一非球面，所述第一非球面位于所述激光器芯片与所述二维锥面之间；

6、所述第一非球面用于将所述激光器芯片出射的光束转换为平行光束，所述二维锥面用于将所述平行光束转换为具有中心暗区的所述发散环形光斑。

7、在一实施例中，所述双面非球面包括第二非球面和第三非球面，所述第二非球面位于所述透镜的外侧，所述第三非球面位于所述透镜的内侧且正对所述探测器芯片。

8、在一实施例中，所述二维锥面具有光锥顶点，所述第二非球面具有非球面顶点，所述激光器芯片具有出光口中心，所述探测器芯片具有光窗中心；

9、所述光锥顶点、所述非球面顶点、所述出光口中心以及所述光窗中心位于同一纵向基准面内，所述纵向基准面垂直于所述电路板的表面。

10、在一实施例中，在所述纵向基准面内，经过所述非球面顶点与所述光窗中心的连线相对于经过所述光锥顶点与所述出光口中心的连线呈预设夹角设置。

11、在一实施例中，所述电路板上设有第一焊盘和第二焊盘，所述激光器芯片和所述探测器芯片的底部电极分别通过导电银胶层粘接于所述第一焊盘和所述第二焊盘上。

12、第二方面，本发明的实施例提供了一种旋转双工无线光通信组件信号传输方法，应用于如上述的旋转双工无线光通信组件，包括：

13、通过所述激光器芯片发出光束；

14、通过所述第一透镜区将所述光束变换为所述发散环形光斑，并向所述对端通信组件发射；

15、通过所述第二透镜区的所述双面非球面将来自所述对端通信组件的所述外部发散环形光斑的部分光束汇聚至所述探测器芯片；

16、通过所述探测器芯片将汇聚后的光束转换为电信号。

17、第三方面，本发明的实施例提供了一种旋转双工无线光通信组件装配方法，应用于组装如上述的旋转双工无线光通信组件，包括：

18、将所述激光器芯片和所述探测器芯片按照预设间距贴装于所述电路板上；

19、将所述透镜移至所述电路板上方，并调整所述透镜与所述电路板平行；

20、监控所述激光器芯片发出的光束经过所述透镜后形成的所述发散环形光斑，当所述发散环形光斑的发散角度及圆环宽度达到预设光斑参数阈值时，将所述透镜固定于所述电路板。

21、在一实施例中，在将所述透镜固定于所述电路板之前，还包括：

22、构建经过所述激光器芯片的出光口中心与所述探测器芯片的光窗中心的纵向基准面；

23、调整所述透镜的位置与角度，使所述二维锥面的光锥顶点与所述双面非球面的非球面顶点落入所述纵向基准面内。

24、与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

25、本发明通过将信号发射源与接收元器件集成于同一载体基板上，并借助复合光整形元件实现非接触式的空间光耦合传输。在发射端，利用特征旋转对称微结构将发射光源发出的光束重构为具有空间环形分布的光场，既确保了相对旋转过程中光链路的连续稳定性，又彻底摆脱了机械磨损对系统耐久性的束缚；在接收端，利用倾斜的非对称双曲面调控结构，收集并聚焦来自对端环状空间光场中的光束至接收元器件，大幅提升了光能利用率与信噪比，有效克服了传统电信号传输中的时延弥散与频带瓶颈，扩展了通信带宽，同时双向光路调控结构的高度集成化设计进一步简化了装配复杂度并提升了整体结构的稳定可靠性。

1.一种旋转双工无线光通信组件，其特征在于，包括：电路板（1）以及连接于所述电路板（1）上的激光器芯片（2）和探测器芯片（3），所述电路板（1）上还连接有覆盖所述激光器芯片（2）和所述探测器芯片（3）的透镜（4）；

2.根据权利要求1所述的旋转双工无线光通信组件，其特征在于，所述激光器芯片（2）设于所述旋转双工无线光通信组件的旋转中心轴上。

3.根据权利要求1所述的旋转双工无线光通信组件，其特征在于，所述第一透镜区（41）的另一侧表面形成有第一非球面（5），所述第一非球面（5）位于所述激光器芯片（2）与所述二维锥面（6）之间；

4.根据权利要求2所述的旋转双工无线光通信组件，其特征在于，所述双面非球面包括第二非球面（7）和第三非球面（8），所述第二非球面（7）位于所述透镜（4）的外侧，所述第三非球面（8）位于所述透镜（4）的内侧且正对所述探测器芯片（3）。

5.根据权利要求4所述的旋转双工无线光通信组件，其特征在于，所述二维锥面（6）具有光锥顶点，所述第二非球面（7）具有非球面顶点，所述激光器芯片（2）具有出光口中心，所述探测器芯片（3）具有光窗中心；

6.根据权利要求5所述的旋转双工无线光通信组件，其特征在于，在所述纵向基准面内，经过所述非球面顶点与所述光窗中心的连线相对于经过所述光锥顶点与所述出光口中心的连线呈预设夹角设置。

7.根据权利要求1所述的旋转双工无线光通信组件，其特征在于，所述电路板（1）上设有第一焊盘和第二焊盘，所述激光器芯片（2）和所述探测器芯片（3）的底部电极分别通过导电银胶层粘接于所述第一焊盘和所述第二焊盘上。

8.一种旋转双工无线光通信组件信号传输方法，应用于如权利要求1至7中任一项所述的旋转双工无线光通信组件，其特征在于，包括：

9.一种旋转双工无线光通信组件装配方法，应用于组装如权利要求1至7中任一项所述的旋转双工无线光通信组件，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的装配方法，其特征在于，在将所述透镜（4）固定于所述电路板（1）之前，还包括：