[發明專利]基于激光通信系統高速光信號實時采樣裝置及方法

在審

• 申請號: 202110731321.9
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113179125A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 劉紅恩
• 申請（專利權）人: 南京英田光學工程股份有限公司
• 主分類號: H04B10/079
• 分類號: H04B10/079
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發明提供一種基于激光通信系統高速光信號實時采樣裝置及方法。本發明的方法包括如下步驟：信號光經過匯聚透鏡匯聚后進入光敏探測器PIN管；進入PIN管的信號光經過光電轉化轉化為電流信號；電流信號進一步傳輸至對數轉換器中轉變為電壓信號；電壓信號再經過低通濾波器濾除高頻雜散及噪聲信號后傳輸至信號放大器OPA；OPA將信號電壓進一步放大后輸入至高速處理器FPGA，將模擬電壓信號采樣轉化為數字信號；FPGA處理器經內部數據解調算法，計算得出高速光信號光功率大小。本發明可以應用于激光通信系統中高速光信號的實時測量，通信誤碼率與光功率實時分析，也可用于測量通信終端雙方之間距離，為空間測距提供一種輔助手段。

技術領域

本發明涉及一種基于激光通信系統高速光信號實時采樣裝置及方法，屬于激光通信技術領域。

背景技術

在空間激光通信系統中，無論是相干光通信，還是非相干光通信，對于光功率的檢測判斷都至關重要，信號光功率的強弱是通信雙方APT的前提，也是能否穩定通信的前提，在實際通信中也可用于判斷光路是否存在變化。同時在通信過程中，經過信號調制的光信號功率也是時刻存在變化的，通信過程中的誤碼率也是“瞬息萬變”，而由于人眼的“跟蹤刷新速度”遠遠低于系統通信頻率，因此需要一種裝置及方法用以對高速光信號的進行采樣測量，能夠實時跟蹤信號光的“強弱”，對通信全過程做到有效跟蹤。

早期的激光通信系統中，通信速率較低，且信號光波長大多采用800nm左右，出于光機結構空間或成本考慮，不設置專門的光功率測量通道，光功率測量以通信信號探測器的低速采樣數據代替，不能反映實際光功率的變化情況。

隨著激光通信系統的越發成熟，通信速率的逐步提高，低成本、簡易可靠的信號光的實時跟蹤就顯得很有必要及重要。通過信號光的實時變化可以分析通信雙方終端是否存在異變狀況，外界是否存在干擾因數，信號光是否存在抖動或閃爍等等，數據存儲下來也可以用于后續實驗對比分析。

無論是在地面站通信系統中，還是空間激光通信系統中，光信號高速實時檢測應用會越來越廣。

發明內容

空間激光通信系統中，通信速率越來越高，一般的光功率檢測不能有效實時跟蹤檢測高速信號光大小。針對上述存在的問題，本發明提供一種基于激光通信系統高速光信號實時采樣裝置及方法，大大提高了光功率檢測精度，為系統判斷、誤碼分析、光路調整提供了依據，提高了通信系統的可靠性，為實驗分析提供了有力手段。本發明克服了一般激光通信系統中高速光信號采樣速率過低，光信號測量不能實時反饋的偏差問題，簡易可靠并且成本低廉。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

基于激光通信系統高速光信號實時采樣裝置，包括匯聚透鏡、光敏探測器PIN管、對數轉換器LGC、低通濾波器LPF、信號放大器OPA、高速處理器FPGA、輔助顯示界面DISPLAY；

所述匯聚透鏡用于將空間準平行的激光信號進行匯聚，匯聚后的信號光入射到光敏探測器PIN管光敏面上；

所述光敏探測器PIN管用于將光信號轉化為電流信號，并進一步將電流信號傳輸至對數轉換器LGC；

所述對數轉換器LGC用于將電流信號轉化為電壓信號，經過低通濾波器LPF濾波后輸入至信號放大器OPA以便進行小信號放大；

所述高速處理器FPGA接收信號放大器OPA放大的模擬信號，進行高速采樣及數據解調，實時計算出入射到光敏探測器PIN管的光信號功率大小；

所述的基于激光通信系統高速光信號實時采樣裝置，所述光敏探測器PIN管采用InGaAs光電二極管，波長范圍0.8-1.7um，峰值波長1.55um，典型響應率0.95A/W，帶寬140MHz，結電容10pF。

所述的基于激光通信系統高速光信號實時采樣裝置，所述對數轉化器LGC，響應電流范圍1nA-1mA，線性度10mV/dB；輸出電壓范圍0.2V-1.5V，斜率和起始電流點可調整；