[發明專利]基于藍綠激光的水下可見光收發系統

在審

• 申請號: 201710374139.6
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107104734A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 楊祎;扶華;賀鋒濤;朱云周;高卓;李碧麗
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學;中國船舶重工集團公司第七0五研究所
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/80
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 談杰

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及基于藍綠激光的水下可見光收發系統。

背景技術

水下無線光通信是以光波作為載波實現數據傳輸的通信方式。目前水下無線通信主要采用水聲通信，但是水聲通信傳輸速率低，且容易受到外界其它電磁輻射的影響而導致系統的不穩定。研究發現，海水對450～550nm波段內的藍綠光的衰減比對其他光波段的衰減要小很多，因此在海洋中亦存在一個類似于大氣中的透光窗口。藍綠激光的穿透能力強，工作頻率高，方向性好，傳送信息量大，抗干擾能力強，可高效的獲取海洋監測信息，快速感知水下環境變化，為更精確的戰術偵察、水下探雷、污染監測、石油控制與維護、近海勘探、氣候變化監測、海洋學研究等提供高速靈活的信息平臺，從而對海洋突發事件作出快速處理與決策。

發明內容

本發明的目的在于提供基于藍綠激光的水下可見光收發系統，實現12MHz 方波，傳輸距離7米以上的收發電路，解決目前水下光通信主要面臨傳輸速率低、距離近的問題。

本發明所采用的技術方案是光源器件通過恒流源驅動電路產生的直流光信號送給激光調制電路，激光調制電路將用FPGA編碼后的信號調制到激光器上，使激光器輸出的光信號為有一定速率的已調制的光信號；接收端的光電檢測器 PIN將接收到的光信號轉變為電流信號，送入前置放大電路進行流壓變化及低噪聲放大，然后送入主級放大電路再次對信號進行放大后送入信號整形電路，將信號恢復為標準波形。

進一步，光源器件選擇歐司朗PL-520-B1，工作電壓6V，功率120mW，波長520nm的LD，光電檢測器選擇濱松PINS2386-8K，工作電壓0-5V，650nm 的靈敏度是0.35mA/mW，工作波長300nm-1100nm，1MHz的結電容是0.5nF。

進一步，恒流源驅動電路選用BUCK型的DC-DC制作恒流源用于驅動LD，它內部集成一個100毫歐電流采樣電阻，用于監測輸出電流，并對其進行調節，用于驅動對電流較敏感的大電流LD，輸出電流范圍為35mA至1A連續可調，寬范圍可調開關頻率200kHz至12MHz，實現400:1的調光范圍，從而消除常見的LED調光過程中的彩色漂移。

進一步，激光調制電路設計采用OOK調制，利用MOS管的開關特性改變 LD的電流實現光電數字信號調制。為提高調制速率，OOK調制時的低電平“0”信號有一個小直流量，即調制信號是在一個直流偏置的基礎上進行輸出高低電平的直流變化的。

進一步，前置放大電路實現光電流到電壓的變換，選用TI公司90MHz的 OPA380單電源互阻放大芯片，反饋電阻R₆位1KΩ，C₆為補償電容，大小為2pF，可在電路中產生一個極點，增加電路的穩定性，提高響應速度，它的大小直接影響放大電路的帶寬。

進一步，主級放大電路采用具有關斷功能的電壓反饋性OPA690作為主級放大芯片，其增益帶寬積是500M，且可單電源供電，反饋電阻R1選取為510Ω， R5為47Ω的電阻實現。

進一步，信號整形電路采用TI公司的TLV3501，通過調節R8電阻可改變比較器的零點，R8電阻的阻值范圍為10KΩ，前后增加R7和R9可提高電壓調節精度。

本發明的有益效果是傳輸速率高、成本低。

附圖說明

圖1是恒流源驅動電路圖；

圖2是激光調制電路；

圖3是前置放大電路；

圖4是主級放大電路；

圖5是信號整形電路設計。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明系統采用恒流源驅動藍綠光激光器發直流光，光源器件通過恒流源驅動電路產生的直流光信號送給激光調制電路，激光調制電路將用FPGA編碼后的信號調制到激光器上，使激光器輸出的光信號為有一定速率的已調制的光信號。

接收端的光電檢測器PIN將接收到的光信號轉變為電流信號，送入前置放大電路進行流壓變化及低噪聲放大，然后送入主級放大電路再次對信號進行放大后送入信號整形電路，將信號恢復為標準波形。

光源器件選擇歐司朗PL-520-B1，工作電壓6V，功率120mW，波長520nm 的LD。光電檢測器選擇濱松PINS2386-8K，工作電壓0-5V，650nm的靈敏度是0.35mA/mW，工作波長300nm-1100nm，1MHz的結電容是0.5nF。

恒流源驅動電路：