無線激光通信光發(fā)射模塊的研究

信號光發(fā)射電路結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。該原理框圖輸入端是經(jīng)過編碼后的電平信號，通過電平轉(zhuǎn)換將LVDS高速信號轉(zhuǎn)換成適合電光轉(zhuǎn)換模塊輸入的PECL電平信號，之后把電信號通過電光轉(zhuǎn)換模塊將光信號耦合進(jìn)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(dǎo)光信號的傳輸，光信號經(jīng)過光束準(zhǔn)直之后經(jīng)過光學(xué)天線通過大氣傳輸?shù)浇邮斩恕＝邮漳K完成信號的光電轉(zhuǎn)換和后續(xù)電信號處理。該方案簡化了電光轉(zhuǎn)換，克服了高調(diào)制速率和大功率輸出的矛盾，大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度。根據(jù)以上原理分析，在信號光發(fā)射模塊設(shè)計中就是應(yīng)用光纖放大器將激光器輸出光進(jìn)行放大，通過對EDFA調(diào)制達(dá)到發(fā)射模塊的指標(biāo)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(jìn)行放大，然后再傳輸?shù)钠骷Ｆ涔ぷ髟碇饕峭ㄟ^受激發(fā)射來放大入射信號，其機(jī)理就好比一個沒有反饋的激光器，當(dāng)放大器被光或電荷泵浦時，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。目前已經(jīng)發(fā)明了多種光纖放大器，其中摻銀鉺光纖放大器(EDFA)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。
在現(xiàn)代的激光通信系統(tǒng)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(qiáng)器、接受機(jī)前置放大器和網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)器。在本設(shè)計中采用了EDFA的功率放大器的作用，所選用的EDFA模塊內(nèi)部帶有自動溫度控制(ATC)和自動功率控制(APC)，使系統(tǒng)整體穩(wěn)定便于調(diào)節(jié)，通過RS232和RS485串口可以與外界通信，實時監(jiān)視模塊變化，實現(xiàn)無光告警、眼保等功能，還可以通過外部處理器實時進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3．3 電信號接口設(shè)計
在本設(shè)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(zhuǎn)換。在傳統(tǒng)的設(shè)計LVDS信號與PECL信號轉(zhuǎn)換的連接電路時，采用分立元器件設(shè)計。但是這種電路設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)用中很難做到。另外，阻抗匹配和傳輸線長短都將影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，因此本文采用轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計。
本設(shè)計采用DS90LV001芯片將PECL電平轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換。寬的輸入動態(tài)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(zhuǎn)換為PECL電平設(shè)計中，可以采用美信公司的MAX9375電平轉(zhuǎn)換芯片。MAX9375是全差分、高速轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換芯片，接受多種類型輸入電平，轉(zhuǎn)換輸出為PECL電平信號，傳輸信號速率可高達(dá)2 GHz。
該電路設(shè)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(shè)計，一方面提高了信號驅(qū)動能力，另一方面也簡化了電平轉(zhuǎn)換的接口設(shè)計。此外，信號光發(fā)射模塊電路提供PECL的輸入和輸出接口，可以根據(jù)需要實現(xiàn)光路數(shù)據(jù)的雙向收發(fā)。

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

4．2 信號光發(fā)射模塊試驗測試
信號光功能要求和測試結(jié)果對比如表2所示，測試結(jié)果表明，各方面指標(biāo)均達(dá)到指標(biāo)要求。輸出功率大于擬定指標(biāo)80 mW，實測結(jié)果大于96 mW；波長漂移小且穩(wěn)定；誤碼率低且電流消耗小，說明該設(shè)計模塊各項指標(biāo)優(yōu)于擬定的設(shè)計指標(biāo)。

5 結(jié)束語
本文主要是圍繞軍用車載無線激光通信發(fā)射機(jī)中的兩類光發(fā)射模塊進(jìn)行研究，分別針對激光發(fā)射機(jī)中的信標(biāo)光發(fā)射模塊和信號光發(fā)射模塊進(jìn)行了設(shè)計。與傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)中的發(fā)射模塊相比，本文設(shè)計的發(fā)射模塊輸出功率大，適合遠(yuǎn)距離傳輸，且電路結(jié)構(gòu)整體趨于小型化。因此，本文所設(shè)計的光發(fā)射模塊無論在軍事應(yīng)用還是民用都有著廣泛的應(yīng)用前景，對于未來將無線光通信產(chǎn)品應(yīng)用在軍用戰(zhàn)車、坦克、艦載等之上有著重要的指導(dǎo)意義和實際價值。