1.本发明涉及无线光通信领域，具体涉及一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统。
背景技术：2.随着科技的发展，人们对高速通信的需求越来越迫切，亟需寻找一种新型且高效的通信方式，由此无线光通信技术应运而生。无线光通信技术作为一种新型通信技术，同时具有移动通信的灵活性和光纤通信的高速率等优势。目前空间光通信系统采用的光源主要为发光二极管和激光器。激光器由于具有功率高、带宽宽、线宽窄等优点，非常适用于长距离光通信系统中，但是由于激光光束准直性较好，光斑小，因此在实际应用过程中对空间光通信系统的跟踪对准要求非常严格。为了能够实现覆盖面积大、传输速率高的空间激光通信系统，对激光器的性能提出了更高要求。
技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统，其可以进一步有效地提高无线光通信系统的传输速率，实现更高速更长距离的无线光信息传输。
4.在本发明的一个方面，本发明提出了一种钙钛矿量子点随机激光器的制备方法。根据本发明的实施例，包括以下步骤：
5.步骤一：采用热注射法制备出具有红、绿、蓝三种波段荧光的钙钛矿量子点；
6.步骤二：将钙钛矿量子点分别溶解在聚甲基丙烯酸甲酯中并掺入金属球纳米颗粒实现荧光和散射增强，得到具有三种不同荧光波长的钙钛矿量子点胶体溶液；
7.步骤三：将制备好的钙钛矿量子点胶体溶液注入模具中，加热固化得到能够发射出红、绿、蓝随机激光的钙钛矿量子点随机激光器。
8.另外，根据本发明上述实施例的一种钙钛矿量子点随机激光器的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
9.在本发明的一些实施例中，所述步骤一中，钙钛矿量子点荧光寿命小于10ns；所述步骤二中，三种波段金属球纳米颗粒直径为：红光波段120nm，绿光波段40nm，蓝光波段 30nm；所述步骤二中，三种波段金属球纳米颗粒与量子点的摩尔比为：红光波段1:45，绿光波段1:20，蓝光波段1:15；所述步骤三中，加热温度为60℃，加热时间为30分钟。
10.在本发明的另一方面，本发明提出了一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统。根据本发明的实施例，所述系统包括光发射装置，光传输信道和光接收装置，所述光发射装置采用所述的能够发射出红、绿、蓝随机激光的钙钛矿量子点随机激光器作为光源。
11.另外，根据本发明上述实施例的一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复
用无线光通信系统，还可以具有如下附加的技术特征：
12.在本发明的一些实施例中，所述光发射装置包括调制电路、三个独立的紫光激光器、红光波段钙钛矿量子点随机激光器、绿光波段钙钛矿量子点随机激光器、蓝光波段钙钛矿量子点随机激光器；
13.其中，调制电路对三个紫光激光器进行调制；
14.随机激光器由三个独立的紫光激光器泵浦发光，将所要传输信号加载到其激发出的红、绿、蓝随机激光器信号中。
15.在本发明的一些实施例中，所述紫光激光器的波长在380nm-410nm之间。
16.在本发明的一些实施例中，光传输信道用于将随机激光器发送的光信号传输到光接收装置。
17.在本发明的一些实施例中，所述光接收装置包括红光波段窄带光学滤波器、绿光波段窄带光学滤波器、蓝光波段窄带光学滤波器、汇聚透镜、光电探测器、解调电路；
18.其中，光窗为红光波段窄带光学滤波器、绿光波段窄带光学滤波器、蓝光波段窄带光学滤波器用于实现对光信号的解复用，解复用后的光信号经过汇聚透镜汇聚在光电探测器表面实现光电转换，转换后的电信号通过解调电路实现解调。
19.在本发明的一些实施例中，所述红、绿、蓝三种波段的窄带光学滤波器的带宽均为50nm。
20.在本发明的一些实施例中，所述光发射装置和光接收装置具有耐压水密功能，光发射装置外壳为球形，材料为透明有机玻璃。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1.本发明利用钙钛矿量子点随机激光器作为光发射装置的光源，具有发光功率高，全向性好的优点，可以有效降低对光收发装置间对准性能的要求；
23.2.本发明使用钙钛矿量子点材料作为随机激光器的增益介质，利用其荧光寿命短的特点能够实现高速调制；
24.3.本发明通过在钙钛矿量子点材料制备过程中加入合适尺寸的金属球纳米颗粒，能够实现荧光增强和散射增强作用，可以有效降低随机激光器阈值；
25.4.相对于现有的光通信系统中所采用波分复用技术以及各种调制解调技术，本发明都可以与之相结合，进一步有效地提高无线光通信系统的传输速率，实现更高速更长距离的无线光信息传输，具有极大的研究价值和广阔的应用前景。
附图说明
26.图1为本发明实施例1中基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统框架图；
27.图2为本发明实施例1中光发射装置结构框图；
28.图3为本发明实施例1中光接收装置结构框图；
29.图4为本发明实施例2中钙钛矿量子点随机激光器光强空间分布图；
30.图5为本发明实施例2中钙钛矿量子点荧光寿命测试图；
31.图6为本发明实施例2中未掺入金属球纳米颗粒的钙钛矿量子点随机激光材料激发光谱；
32.图7为本发明实施例2中掺入金属球纳米颗粒的钙钛矿量子点随机激光材料激发光谱；
33.图中附图标记为：1、光发射装置；101、调制电路；102、三个独立的紫光激光器；103、红光波段钙钛矿量子点随机激光器；104、绿光波段钙钛矿量子点随机激光器；105、蓝光波段钙钛矿量子点随机激光器；2、光传输通道；3、光接收装置；301、红光波段窄带光学滤波器；302、绿光波段窄带光学滤波器；303、蓝光波段窄带光学滤波器；304、汇聚透镜；305、光电探测器；306、解调电路。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例1
36.如图1所示的一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统，包括光发射装置1，光传输通道2和光接收装置3。
37.光发射装置中采用红光波段钙钛矿量子点随机激光器103，绿光波段钙钛矿量子点随机激光器104和蓝光波段钙钛矿量子点随机激光器105作为光源，随机激光器通过三个独立的紫光激光器102泵浦发光。利用调制电路101对三个紫光激光器102进行调制，将所传输信号加载到其激发出的红、绿、蓝随机激光信号中。通过光传输信道2，随机激光到达光接收装置3。光接收装置光窗为红光波段窄带光学滤波器301；绿光波段窄带光学滤波器302；蓝光波段窄带光学滤波器303以实现对光信号的解复用，解复用后的光信号经过汇聚透镜304汇聚在光电探测器305表面实现光电转换，转换后的电信号通过解调电路 306实现解调。
38.光发射端装置如图2所示，包括：调制电路101；三个独立的紫光激光器102；红光波段钙钛矿量子点随机激光器103；绿光波段钙钛矿量子点随机激光器104；蓝光波段钙钛矿量子点随机激光器105；其中，调制电路101对三个紫光激光器102进行调制，随机激光器由三个独立的紫光激光器102泵浦发光，从而实现将所要传输信号加载到其激发出的红、绿、蓝随机激光信号中的目的，由于钙钛矿量子点随机激光材料较常用的激光染料材料具有更短的荧光寿命，从而更容易实现高速调制。
39.光接收端装置如图3所示，包括：红光波段窄带光学滤波器301；绿光波段窄带光学滤波器302；蓝光波段窄带光学滤波器303；汇聚透镜304；光电探测器305；解调电路306；其中，光窗为红光波段窄带光学滤波器301；绿光波段窄带光学滤波器302；蓝光波段窄带光学滤波器303以实现对光信号的解复用，解复用后的光信号经过汇聚透镜304汇聚在光电探测器305表面实现光电转换，转换后的电信号通过解调电路306实现解调。
40.基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统的具体运行流程如下：
41.发射装置1中的调制电路101对三个紫光激光器102进行调制，红光波段钙钛矿量子点随机激光器103，绿光波段钙钛矿量子点随机激光器104和蓝光波段钙钛矿量子点随机
激光器105作为光源，随机激光器通过三个独立的紫光激光器102泵浦发光，将所传输信号加载到其激发出的红、绿、蓝随机激光信号中。通过光传输信道2，随机激光到达光接收装置3。红光波段窄带光学滤波器301；绿光波段窄带光学滤波器302；蓝光波段窄带光学滤波器303，分别用于解复用出红光、绿光、蓝光信号。解复用后的光信号经过汇聚透镜304汇聚在光电探测器305表面实现光电转换。光电探测器305分别将检测到的红光、绿光、蓝光信号转换成三个电信号，转换后的电信号通过解调电路306实现解调，这样完整的通信过程就实现了。
42.实施例2
43.一种钙钛矿量子点随机激光器的制备方法，包括以下步骤：
44.步骤一：采用热注射法制备出具有红、绿、蓝三种波段荧光的钙钛矿量子点，钙钛矿量子点荧光寿命小于10ns；
45.步骤二：将钙钛矿量子点分别溶解在聚甲基丙烯酸甲酯中并掺入金属球纳米颗粒实现荧光和散射增强，得到具有三种不同荧光波长的钙钛矿量子点胶体溶液，三种波段金属球纳米颗粒直径为：红光波段120nm，绿光波段40nm，蓝光波段30nm，三种波段金属球纳米颗粒与量子点的摩尔比为：红光波段1:45，绿光波段1:20，蓝光波段1:15；
46.步骤三：将制备好的钙钛矿量子点胶体溶液注入模具中，加热固化得到能够发射出红、绿、蓝随机激光的钙钛矿量子点随机激光器，加热温度为60℃，加热时间为30分钟。
47.钙钛矿量子点随机激光器光强空间分布图如图4所示，可以看出随机激光与传统激光相比具有准全向性的优点。
48.钙钛矿量子点荧光寿命测试结果如图5所示，钙钛矿量子点的荧光寿命小于10ns，作为随机激光发光材料更适合高速调制系统使用。
49.在相同泵浦功率下，金属球纳米颗粒对降低随机激光阈值的效果如图6和图7所示，图6为未掺入金属球纳米颗粒的钙钛矿量子点随机激光材料激发的光谱，图7为掺入金属球纳米颗粒的钙钛矿量子点随机激光材料激发光谱。可以看出掺入金属球纳米颗粒后的激光材料更容易产生随机激光，随机激光强度较荧光有更窄的光谱和更高的光强。
50.以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种钙钛矿量子点随机激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采用热注射法制备出具有红、绿、蓝三种波段荧光的钙钛矿量子点；步骤二：将钙钛矿量子点分别溶解在聚甲基丙烯酸甲酯中并掺入金属球纳米颗粒实现荧光和散射增强，得到具有三种不同荧光波长的钙钛矿量子点胶体溶液；步骤三：将制备好的钙钛矿量子点胶体溶液注入模具中，加热固化得到能够发射出红、绿、蓝随机激光的钙钛矿量子点随机激光器。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿量子点随机激光器的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，钙钛矿量子点荧光寿命小于10ns；所述步骤二中，三种波段金属球纳米颗粒直径为：红光波段120nm，绿光波段40nm，蓝光波段30nm；所述步骤二中，三种波段金属球纳米颗粒与量子点的摩尔比为：红光波段1:45，绿光波段1:20，蓝光波段1:15；所述步骤三中，加热温度为60℃，加热时间为30分钟。3.一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统，包括光发射装置，光传输信道和光接收装置，其特征在于：所述光发射装置采用权利要求1所述的能够发射出红、绿、蓝随机激光的钙钛矿量子点随机激光器作为光源。4.根据权利要求3所述的一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统，其特征在于：所述光发射装置包括调制电路、三个独立的紫光激光器、红光波段钙钛矿量子点随机激光器、绿光波段钙钛矿量子点随机激光器、蓝光波段钙钛矿量子点随机激光器；其中，调制电路对三个紫光激光器进行调制；随机激光器由三个独立的紫光激光器泵浦发光，将所要传输信号加载到其激发出的红、绿、蓝随机激光器信号中。5.根据权利要求3所述的一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统，其特征在于：所述紫光激光器的波长在380nm-410nm之间。6.根据权利要求3所述的一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统，其特征在于：光传输信道用于将随机激光器发送的光信号传输到光接收装置。7.根据权利要求3所述的一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统，其特征在于：所述光接收装置包括红光波段窄带光学滤波器、绿光波段窄带光学滤波器、蓝光波段窄带光学滤波器、汇聚透镜、光电探测器、解调电路；其中，光窗为红光波段窄带光学滤波器、绿光波段窄带光学滤波器、蓝光波段窄带光学滤波器用于实现对光信号的解复用，解复用后的光信号经过汇聚透镜汇聚在光电探测器表面实现光电转换，转换后的电信号通过解调电路实现解调。8.根据权利要求3所述的一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统，其特征在于：所述红、绿、蓝三种波段的窄带光学滤波器的带宽均为50nm。9.根据权利要求3所述的一种基于钙钛矿量子点随机激光器准全向波分复用无线光通信系统，其特征在于：所述光发射装置和光接收装置具有耐压水密功能，光发射装置外壳为球形，材料为透明有机玻璃。
技术总结本发明公开了一种基于钙钛矿量子点随机激光器的准全向波分复用无线光通信系统，该系统采用热注射法制备出能够产生红、绿、蓝波段的钙钛矿量子点随机激光材料，利用三个独立紫色波段激光分别激发出红、绿、蓝三种波段的随机激光，通过对三个独立紫光激光器进行调制，将所传输信号加载到其激发出的红、绿、蓝随机激光信号中，并将该三色随机激光器其作为波分复用无线光通信系统光源，在接收端利用窄带光学滤波器实现解复用，解复用后的光信号通过光电检测和信号处理实现解调。该系统由于采用随机激光作为光源，与现有空间光通信系统相比具有全向性好和传输速率高等优点，在自由空间无线光通信和水下无线光通信系统中具有良好的应用前景。应用前景。应用前景。
技术研发人员：曹志刚 付渝轩 李思祺 胡志家 俞本立
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：2022.06.16
技术公布日：2022/11/1
