無線激光通信光發射模塊的研究

信號光發射電路結構框圖如圖5所示。該原理框圖輸入端是經過編碼后的電平信號，通過電平轉換將LVDS高速信號轉換成適合電光轉換模塊輸入的PECL電平信號，之后把電信號通過電光轉換模塊將光信號耦合進光纖，光纖尾端輸出連接到摻銀鉺光纖放大器(EDFA)模塊，即通過光纖來引導光信號的傳輸，光信號經過光束準直之后經過光學天線通過大氣傳輸到接收端。接收模塊完成信號的光電轉換和后續電信號處理。該方案簡化了電光轉換，克服了高調制速率和大功率輸出的矛盾，大大降低了系統的開發難度。根據以上原理分析，在信號光發射模塊設計中就是應用光纖放大器將激光器輸出光進行放大，通過對EDFA調制達到發射模塊的指標要求。
3．2 光纖放大器
光纖放大器是直接在光路上對輸入光信號進行放大，然后再傳輸的器件。其工作原理主要是通過受激發射來放大入射信號，其機理就好比一個沒有反饋的激光器，當放大器被光或電荷泵浦時，使粒子數反轉獲得光增益。目前已經發明了多種光纖放大器，其中摻銀鉺光纖放大器(EDFA)技術已經相當成熟。
在現代的激光通信系統中，光纖放大器主要有4種用途，分別是在線放大器、功率放大器或功率增強器、接受機前置放大器和網絡增強器。在本設計中采用了EDFA的功率放大器的作用，所選用的EDFA模塊內部帶有自動溫度控制(ATC)和自動功率控制(APC)，使系統整體穩定便于調節，通過RS232和RS485串口可以與外界通信，實時監視模塊變化，實現無光告警、眼保等功能，還可以通過外部處理器實時進行調節。
3．3 電信號接口設計
在本設計中，信號處理板輸出的信號是高速LVDS信號，而激光器需要的是PECL信號，因此需要完成高速LVDS信號與PECL信號之間的轉換。在傳統的設計LVDS信號與PECL信號轉換的連接電路時，采用分立元器件設計。但是這種電路設計結構復雜，而且電路對于所選電阻阻值精度要求很高，理想情況下所選阻值在實際應用中很難做到。另外，阻抗匹配和傳輸線長短都將影響數據傳輸的準確性，因此本文采用轉換芯片設計。
本設計采用DS90LV001芯片將PECL電平轉化為LVDS信號，DS90LV001芯片采用3．3 V供電，接受輸入PECL輸入信號獲得LVDS輸出信號轉換。寬的輸入動態范圍使得該芯片就像接收LVDS信號一樣，可以接收PECL差分信號，而且傳輸延遲小(典型值是1．4 ns)。此外，在LVDS電平轉換為PECL電平設計中，可以采用美信公司的MAX9375電平轉換芯片。MAX9375是全差分、高速轉換電平轉換芯片，接受多種類型輸入電平，轉換輸出為PECL電平信號，傳輸信號速率可高達2 GHz。
該電路設計目的就是為了便于PECL電平信號與外部的LVDS信號相接，采用該芯片設計，一方面提高了信號驅動能力，另一方面也簡化了電平轉換的接口設計。此外，信號光發射模塊電路提供PECL的輸入和輸出接口，可以根據需要實現光路數據的雙向收發。

4 試驗測試
4．1 信標光發射模塊試驗測試
信標光功能指標和測試結果對比如表1所示，通過將測試結果與信標光模塊功能擬定指標要求對比看出：該模塊輸出功率大干指標要求，調試速率可調且優于指標要求，波長符合要求，使能控制工作正常。

4．2 信號光發射模塊試驗測試
信號光功能要求和測試結果對比如表2所示，測試結果表明，各方面指標均達到指標要求。輸出功率大于擬定指標80 mW，實測結果大于96 mW；波長漂移小且穩定；誤碼率低且電流消耗小，說明該設計模塊各項指標優于擬定的設計指標。

5 結束語
本文主要是圍繞軍用車載無線激光通信發射機中的兩類光發射模塊進行研究，分別針對激光發射機中的信標光發射模塊和信號光發射模塊進行了設計。與傳統發射機中的發射模塊相比，本文設計的發射模塊輸出功率大，適合遠距離傳輸，且電路結構整體趨于小型化。因此，本文所設計的光發射模塊無論在軍事應用還是民用都有著廣泛的應用前景，對于未來將無線光通信產品應用在軍用戰車、坦克、艦載等之上有著重要的指導意義和實際價值。