無(wú)線(xiàn)激光通信光發(fā)射模塊的研究

摘要：為了提高現代武器系統在惡劣電磁環(huán)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(wú)線(xiàn)電頻率資源的占用，對無(wú)線(xiàn)激光通信系統中的光發(fā)射模塊進(jìn)行了設計。在信標光發(fā)射模塊的設計中采用驅動(dòng)電路與溫度控制電路分離的設計方案；在信號光發(fā)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(mǎn)足設計需求。
關(guān)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(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)電頻率資源等優(yōu)點(diǎn)，在軍事通信上極大地提高了武器系統在惡劣電磁環(huán)境中的通信和信息交換能力。因此，無(wú)線(xiàn)激光通信在現代軍事通信應用上起著(zhù)舉足輕重的作用。本文主要描述了無(wú)線(xiàn)激光通信系統中的發(fā)射模塊的研究和設計。

1 激光發(fā)射模塊概述
一般無(wú)線(xiàn)激光通信發(fā)射機主要包括信標激光發(fā)射模塊和通信光發(fā)射模塊兩部分，其中信標激光器和通信激光器是發(fā)射模塊的關(guān)鍵器件。兩類(lèi)發(fā)射模塊及其通信鏈路示意圖如圖1所示。

通信激光發(fā)射模塊工作原理：將編碼后電信號作為調制信號，經(jīng)過(guò)半導體激光驅動(dòng)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(chǎn)生調制的光信號。調制光信號經(jīng)光纖準直器耦合進(jìn)入光學(xué)發(fā)射天線(xiàn)，光學(xué)發(fā)射天線(xiàn)壓縮光束發(fā)散角，使其達到系統要求的指標，然后將光束發(fā)射出去。

2 信標光發(fā)射模塊的設計
信標激光發(fā)射模塊為激光通信鏈路的建立提供用來(lái)對準的信標光，為了方便激光發(fā)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(fā)射模塊原理為：首先，驅動(dòng)部分是由基準電壓源產(chǎn)生基準電壓，然后將激光器(LD)輸出電流轉換為電壓進(jìn)行取樣，經(jīng)過(guò)反饋環(huán)路與基準電壓進(jìn)行比較，利用反饋量來(lái)控制驅動(dòng)電流大小，使供給激光器電流恒定，從而實(shí)現恒流控制；將檢測二極管(PD)電流大小反饋給驅動(dòng)，實(shí)現功率自動(dòng)控制；其次，溫度控制部分是由內部熱敏電阻通過(guò)電橋電路放大供給后續的TEC電路，利用TEC處理芯片實(shí)現溫度監測和控制。此外由脈沖信號源生成一定周期的時(shí)鐘頻率信號，作為發(fā)射模塊控制頻率，從而達到實(shí)現脈沖輸出。
2．1 激光器驅動(dòng)電路設計
激光器驅動(dòng)電路如圖2所示，電路設計中，主要采用運算放大器和自動(dòng)增益控制電路。在該圖中電路主要分成兩個(gè)部分，圖中的上半部分電路主要為脈沖驅動(dòng)，下半部分電路主要為自動(dòng)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(dòng)的調制信號，通過(guò)后續比較器和驅動(dòng)電路實(shí)現開(kāi)關(guān)控制。VD7為穩壓二極管提供穩定電壓，通過(guò)調整滑動(dòng)變阻器來(lái)實(shí)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(guò)比較器實(shí)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(kāi)關(guān)信號來(lái)控制電壓跟隨器正向輸入端的電壓大小實(shí)現開(kāi)關(guān)功能，以便完成后續供給場(chǎng)效應管VQ10的開(kāi)啟和導通，從而實(shí)現脈沖開(kāi)光信號的整體控制。通過(guò)反饋電壓控制電壓跟隨器的上拉電壓達到電流恒定驅動(dòng)的目的。