本發明涉及無線光通信技術領域，尤其涉及一種用于自動跟蹤FSO設備信號光的光學系統及其方法。
背景技術：
隨著信息化社會的到來，通信技術也得到了日新月異的發展，一種嶄新的無線通信技術（Free Space Optical，FSO）—自由空間光通信正在悄然興起。無線光通信是利用激光作為載體傳輸數據，以空氣為介質，提供無線高速的點對點或點對多點通信的一種方式。正是由于無線光通信這一特性，因此被靈活運用于列車通信上。
但在現有技術中，列車高速運行（時速大于300km/h）時，列車內的移動網絡很不穩定，基本無法使用。這對于在高速運行的列車上使用智能終端來上網的乘客來說，這種情況下基本上無法上網。
因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種用于自動跟蹤FSO設備信號光的光學系統及其處理方法，能夠很好地解決乘客在高速運行的列車上無法上網的問題。
本發明的技術方案如下：本發明提供一種用于自動跟蹤FSO設備信號光的光學系統，包括：第一聚焦透鏡、第一準直透鏡、二色鏡、第二準直透鏡、激光器、激光器驅動模塊、帶通濾光器、第二聚焦透鏡、APD探測器以及光電處理模塊，所述第一聚焦透鏡、第一準直透鏡、二色鏡、第二準直透鏡、激光器、帶通濾光器、第二聚焦透鏡及APD探測器呈XY軸分布，所述第一聚焦透鏡、第一準直透鏡、二色鏡、帶通濾光器、第二聚焦透鏡以及APD探測器依次排列于X軸上，所述二色鏡、第二準直透鏡以及激光器依次排列于Y軸上，所述激光器與所述激光器驅動模塊連接，所述APD探測器與所述光電處理模塊連接。
所述第一聚焦透鏡、第一準直透鏡、二色鏡、帶通濾光器、第二聚焦透鏡以及APD探測器按次序排列于水平方向上，所述二色鏡、第二準直透鏡以及激光器按次序排序于豎直方向上，所述二色鏡與水平方向呈45°角。
所述第一聚焦透鏡將準直入射光聚焦到所述第一準直透鏡，并將第一準直透鏡發射過來的出射光轉變為平行光。
入射光以45°的入射角入射至所述二色鏡上，所述二色鏡將入射光分成兩束相互垂直的光，并將其中一束與原入射方向相垂直的光吸收掉，將另一束與原入射方向平行的光出射至所述帶通濾光器；出射光以45°的入射角入射至所述二色鏡上，所述二色鏡將出射光分成兩束相互垂直的光，并將其中一束與原入射方向平行的光吸收掉，將另一束與原入射方向相垂直的光出射至所述第一準直透鏡。
本發明還提供一種用于自動跟蹤FSO設備信號光的方法，包括同時進行的接收入射光過程和發射出射光過程：
接收入射光過程：采用第一聚焦鏡將入射的準直光聚焦至第一準直透鏡，所述第一準直透鏡將聚焦光轉變成平行光輸出至二色鏡，之后再將光傳輸給帶通濾光器進行過濾處理，過濾后的光經第二聚焦透鏡聚焦后，入射至APD探測器，所述APD探測器將探測的信號傳輸給光電處理模塊；
發射出射光過程：激光器驅動模塊驅動激光器發射出射光，第二準直透鏡將出射光轉變為準直光后射到二色鏡折射上，二色鏡將光送入至第一準直透鏡，第一準直透鏡將出射光聚焦后送給第一聚焦透鏡，第一聚焦透鏡將聚焦光變成小發散角的準直光，并發送出去。
所述入射光以45°的入射角入射到二色鏡上，所述出射光以45°的入射角入射到二色鏡上。
所述二色鏡將入射光分成兩束相互垂直的光，并將一束與原入射方向相垂直的光吸收掉，將另一束與原入射方向平行的光出射至所述帶通濾光器；所述二色鏡將出射光分成兩束相互垂直的光，并將一束與原入射方向平行的光吸收掉，將另一束與原入射方向相垂直的光出射至所述第一準直透鏡。
采用上述方案，本發明的用于自動跟蹤FSO設備信號光的光學系統及其方法，能夠很好地解決乘客在高速運行的列車上無法上網的問題，方便廣大乘客。
附圖說明
圖1為本發明用于自動跟蹤FSO設備信號光的光學系統的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。
高速運動的列車通信采用自動跟蹤技術，信號光束隨著列車的運動在不斷進行調整。在自動跟蹤FSO設備中存在兩種光源，一種是同時收發的信號光，一種是只發送的信標光，信號光和信標光的處理方法不同。請參閱圖1，本發明提供一種用于自動跟蹤FSO設備信號光的光學系統，包括：第一聚焦透鏡2、第一準直透鏡3、二色鏡4、第二準直透鏡5、激光器6、激光器驅動模塊7、帶通濾光器8、第二聚焦透鏡9、APD探測器10以及光電處理模塊11。所述第一聚焦透鏡2、第一準直透鏡3、二色鏡4、第二準直透鏡5、激光器6、帶通濾光器8、第二聚焦透鏡9及APD探測器10呈XY軸分布，所述第一聚焦透鏡2、第一準直透鏡3、二色鏡4、帶通濾光器8、第二聚焦透鏡9以及APD探測器10依次排列于X軸上，所述二色鏡4、第二準直透鏡5以及激光器6依次排列于Y軸上，所述激光器6與所述激光器驅動模塊7連接，所述APD探測器10與所述光電處理模塊11連接。
優選的，所述第一聚焦透鏡2、第一準直透鏡3、二色鏡4、帶通濾光器8、第二聚焦透鏡9以及APD探測器10按次序排列于水平方向上，所述二色鏡4、第二準直透鏡5以及激光器6按次序排序于豎直方向上，所述二色鏡4與水平方向呈45°角。
在FSO設備點對點通信中，只有FSO設備的入射光和出射光有一定的重合面積才能通信，在進行自動跟蹤時，為保證通信，需要對入射光和出射光進行同時相同角度的調整，利用平面反射鏡能實現該功能，所以在本發明的光學系統的前端裝有一個平面發射鏡即可。
平面發射鏡接收空間光后，將入射光進行90度變換后，以平行光形式送入第一聚焦透鏡2，第一聚焦透鏡2將大范圍的準直光聚焦到一個直徑較小的第一準直透鏡3上，第一準直透鏡3將聚焦光變成平行光并輸出給二色鏡4，該平行光以45°的入射角入射至二色鏡4，二色鏡4直接將該平行光變成2束傳播方向相互垂直的光，并將其中一束與原入射方向相垂直的光吸收掉，只將另一束與原入射方向平行的光出射至所述帶通濾光器8。該平行光中可能含有一些雜光，為了保證入射光（信號光）純凈，利用一個工作波長的帶通濾光器8對入射光進行過濾處理，帶通濾光器8過濾后，將入射光輸出至第二聚焦透鏡9，第二聚焦透鏡9將過濾后的入射光聚焦成一個很小的光斑，該光斑直接照射到APD（雪崩光電二極管）探測器10的光敏面上，與所述APD探測器10連接的光電處理模塊11對該APD探測器10的電信號進行后續處理，從而完成從空間接收光信號到電信號的處理過程。
發送的業務信號，經過激光器驅動模塊7的處理后，激光器6發出點光源形成出射光，該出射光經過第二準直透鏡5，將點光源的發散光變成準直光，并以45°的入射角入射至二色鏡4上，二色鏡4直接將該準直光變成2束傳播方向相互垂直的光，并將其中一束與原入射方向平行的光吸收掉，將另一束與原入射方向相垂直的光出射至所述第一準直透鏡3，但該光相對水平方向是平行的，該平行光送入至第一準直透鏡3，第一準直透鏡3將該準直光聚焦后送入第一聚焦透鏡2，第一聚焦透鏡2將聚焦光變成小發散角的準直光，該準直光再由平面反射鏡發向空間，從而完成了從業務電信號到空間光信號的發送處理過程。
本發明提供一種用于自動跟蹤FSO設備信號光的光學系統，即使在高速運行的列車也可以給乘客提供穩定的網絡，方便廣大乘客。
請參閱圖1，本發明還提供一種用于自動跟蹤FSO設備信號光的方法，包括同時進行的接收入射光過程和發射出射光過程：
接收入射光過程：平面發射鏡接收空間光后，將入射光進行90度變換后，以平行光形式送入第一聚焦透鏡2，第一聚焦透鏡2將大范圍的準直光聚焦到一個直徑較小的第一準直透鏡3上，第一準直透鏡3將聚焦光變成平行光并輸出給二色鏡4，該平行光以45°的入射角入射至二色鏡4，二色鏡4直接將該平行光變成2束傳播方向相互垂直的光，并將其中一束與原入射方向相垂直的光吸收掉，只將另一束與原入射方向平行的光出射至帶通濾光器8。該平行光中可能含有一些雜光，為了保證入射光（信號光）純凈，利用一個工作波長的帶通濾光器8對入射光進行過濾處理，帶通濾光器8過濾后，將入射光輸出至第二聚焦透鏡8，第二聚焦透鏡9將過濾后的入射光聚焦成一個很小的光斑，該光斑直接照射到APD（雪崩光電二極管）探測器10的光敏面上，與所述APD探測器10連接的光電處理模塊11對該APD探測器10的電信號進行后續處理，從而完成從空間接收光信號到電信號的處理過程。
發射出射光過程：經過激光器驅動模塊7的處理后，激光器6發出點光源形成出射光，該出射光經過第二準直透鏡5，將點光源的發散光變成準直光，并以45°的入射角入射至二色鏡4上，二色鏡4直接將該平行光變成2束傳播方向相互垂直的光，并將其中一束與原入射方向平行的光吸收掉，將另一束與原入射方向相垂直的光出射至所述第一準直透鏡3，但該光相對水平方向是平行的，該平行光送入至第一準直透鏡3，第一準直透鏡3將該平行光聚焦后送入第一聚焦透鏡2，第一聚焦透鏡2將聚焦光變成小發散角的準直光，該準直光再由平面反射鏡發向空間，從而完成了從業務電信號到空間光信號的發送處理過程。
綜上所述，本發明提供一種用于自動跟蹤FSO設備信號光的光學系統及其處理方法，能夠很好地解決乘客在高速運行的列車上無法上網的問題，方便廣大乘客。
以上僅為本發明的較佳實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。