無線激光通信光發射模塊的研究

摘要：為了提高現代武器系統在惡劣電磁環境中的通信和信息交換能力，充分利用激光的天然保密性，減少對無線電頻率資源的占用，對無線激光通信系統中的光發射模塊進行了設計。在信標光發射模塊的設計中采用驅動電路與溫度控制電路分離的設計方案；在信號光發射模塊中采用摻銀鉺光纖放大器(EDFA)作為功率放大器的設計方案，并采用DS90LV001芯片完成PECL信號與LVDS信號轉換。試驗結果表明，信標先的最高輸出功率為1．53 W，最高頻率大于10 kHz；信號光的輸出功率大于19．8 dBm，誤碼率低于10-7，消光比為10．2 dBm，完全滿足設計需求。
關鍵詞：激光通信；信標光模塊；信號光模塊；光纖放大器；信號電平

無線激光通信是一種新崛起通信方式。它利用了激光的天然保密性、不占用有限的無線電頻率資源等優點，在軍事通信上極大地提高了武器系統在惡劣電磁環境中的通信和信息交換能力。因此，無線激光通信在現代軍事通信應用上起著舉足輕重的作用。本文主要描述了無線激光通信系統中的發射模塊的研究和設計。

1 激光發射模塊概述
一般無線激光通信發射機主要包括信標激光發射模塊和通信光發射模塊兩部分，其中信標激光器和通信激光器是發射模塊的關鍵器件。兩類發射模塊及其通信鏈路示意圖如圖1所示。

通信激光發射模塊工作原理：將編碼后電信號作為調制信號，經過半導體激光驅動器，改變半導體激光器的輸入電流，從而使半導體激光器輸出激光的功率隨調制信號而改變，即產生調制的光信號。調制光信號經光纖準直器耦合進入光學發射天線，光學發射天線壓縮光束發散角，使其達到系統要求的指標，然后將光束發射出去。

2 信標光發射模塊的設計
信標激光發射模塊為激光通信鏈路的建立提供用來對準的信標光，為了方便激光發射和接收部分的對準，要求信標光的光束具有較大的柬散角和較高的輸出功率。
信標光發射模塊原理為：首先，驅動部分是由基準電壓源產生基準電壓，然后將激光器(LD)輸出電流轉換為電壓進行取樣，經過反饋環路與基準電壓進行比較，利用反饋量來控制驅動電流大小，使供給激光器電流恒定，從而實現恒流控制；將檢測二極管(PD)電流大小反饋給驅動，實現功率自動控制；其次，溫度控制部分是由內部熱敏電阻通過電橋電路放大供給后續的TEC電路，利用TEC處理芯片實現溫度監測和控制。此外由脈沖信號源生成一定周期的時鐘頻率信號，作為發射模塊控制頻率，從而達到實現脈沖輸出。
2．1 激光器驅動電路設計
激光器驅動電路如圖2所示，電路設計中，主要采用運算放大器和自動增益控制電路。在該圖中電路主要分成兩個部分，圖中的上半部分電路主要為脈沖驅動，下半部分電路主要為自動增益控制電壓電路。

在上半部分電路中，P1為SMA接頭，采用50 Ω阻抗匹配將脈沖控制信號接入作為調制激光器驅動的調制信號，通過后續比較器和驅動電路實現開關控制。VD7為穩壓二極管提供穩定電壓，通過調整滑動變阻器來實現比較器負輸入端參考電壓的設定。U8為MAX953集成芯片，內部集成了比較器和放大器。在該部分設計中，通過比較器實現脈沖控制電壓和參考電壓的比較，將比較信號送入后續由MAX953芯片內的放大器構成的電壓跟隨器正向輸入端。在電壓跟隨器的正向輸入端外接參考電壓的上拉電阻相接，比較器輸出開關信號來控制電壓跟隨器正向輸入端的電壓大小實現開關功能，以便完成后續供給場效應管VQ10的開啟和導通，從而實現脈沖開光信號的整體控制。通過反饋電壓控制電壓跟隨器的上拉電壓達到電流恒定驅動的目的。