無線激光通信光發(fā)射模塊的研究

信號光發(fā)射電路結構框圖如圖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(jīng)過光束準直之后經(jīng)過光學天線通過大氣傳輸?shù)浇邮斩?。接收模塊完成信號的光電轉換和后續(xù)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(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(fā)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?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(shù)反轉獲得光增益。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)技術已經(jīng)相當成熟。
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器、接受機前置放大器和網(wǎng)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(tǒng)整體穩(wěn)定便于調節(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行調節(jié)。
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(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_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(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(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 信標光發(fā)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(yōu)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(fā)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(wěn)定；誤碼率低且電流消耗小，說明該設計模塊各項指標優(yōu)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(fā)射機中的兩類光發(fā)射模塊進行研究，分別針對激光發(fā)射機中的信標光發(fā)射模塊和信號光發(fā)射模塊進行了設計。與傳統(tǒng)發(fā)射機中的發(fā)射模塊相比，本文設計的發(fā)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(fā)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(chǎn)品應用在軍用戰(zhàn)車、坦克、艦載等之上有著重要的指導意義和實際價值。