无线激光通信光发射模块的研究

信号光发射电路结构框图如图5所示。该原理框图输入端是经过编码后的电平信号，通过电平转换将LVDS高速信号转换成适合电光转换模块输入的PECL电平信号，之后把电信号通过电光转换模块将光信号耦合进光纤，光纤尾端输出连接到掺银铒光纤放大器(EDFA)模块，即通过光纤来引导光信号的传输，光信号经过光束准直之后经过光学天线通过大气传输到接收端。接收模块完成信号的光电转换和后续电信号处理。该方案简化了电光转换，克服了高调制速率和大功率输出的矛盾，大大降低了系统的开发难度。根据以上原理分析，在信号光发射模块设计中就是应用光纤放大器将激光器输出光进行放大，通过对EDFA调制达到发射模块的指标要求。
3．2 光纤放大器
光纤放大器是直接在光路上对输入光信号进行放大，然后再传输的器件。其工作原理主要是通过受激发射来放大入射信号，其机理就好比一个没有反馈的激光器，当放大器被光或电荷泵浦时，使粒子数反转获得光增益。目前已经发明了多种光纤放大器，其中掺银铒光纤放大器(EDFA)技术已经相当成熟。
在现代的激光通信系统中，光纤放大器主要有4种用途，分别是在线放大器、功率放大器或功率增强器、接受机前置放大器和网络增强器。在本设计中采用了EDFA的功率放大器的作用，所选用的EDFA模块内部带有自动温度控制(ATC)和自动功率控制(APC)，使系统整体稳定便于调节，通过RS232和RS485串口可以与外界通信，实时监视模块变化，实现无光告警、眼保等功能，还可以通过外部处理器实时进行调节。
3．3 电信号接口设计
在本设计中，信号处理板输出的信号是高速LVDS信号，而激光器需要的是PECL信号，因此需要完成高速LVDS信号与PECL信号之间的转换。在传统的设计LVDS信号与PECL信号转换的连接电路时，采用分立元器件设计。但是这种电路设计结构复杂，而且电路对于所选电阻阻值精度要求很高，理想情况下所选阻值在实际应用中很难做到。另外，阻抗匹配和传输线长短都将影响数据传输的准确性，因此本文采用转换芯片设计。
本设计采用DS90LV001芯片将PECL电平转化为LVDS信号，DS90LV001芯片采用3．3 V供电，接受输入PECL输入信号获得LVDS输出信号转换。宽的输入动态范围使得该芯片就像接收LVDS信号一样，可以接收PECL差分信号，而且传输延迟小(典型值是1．4 ns)。此外，在LVDS电平转换为PECL电平设计中，可以采用美信公司的MAX9375电平转换芯片。MAX9375是全差分、高速转换电平转换芯片，接受多种类型输入电平，转换输出为PECL电平信号，传输信号速率可高达2 GHz。
该电路设计目的就是为了便于PECL电平信号与外部的LVDS信号相接，采用该芯片设计，一方面提高了信号驱动能力，另一方面也简化了电平转换的接口设计。此外，信号光发射模块电路提供PECL的输入和输出接口，可以根据需要实现光路数据的双向收发。

4 试验测试
4．1 信标光发射模块试验测试
信标光功能指标和测试结果对比如表1所示，通过将测试结果与信标光模块功能拟定指标要求对比看出：该模块输出功率大干指标要求，调试速率可调且优于指标要求，波长符合要求，使能控制工作正常。

4．2 信号光发射模块试验测试
信号光功能要求和测试结果对比如表2所示，测试结果表明，各方面指标均达到指标要求。输出功率大于拟定指标80 mW，实测结果大于96 mW；波长漂移小且稳定；误码率低且电流消耗小，说明该设计模块各项指标优于拟定的设计指标。

5 结束语
本文主要是围绕军用车载无线激光通信发射机中的两类光发射模块进行研究，分别针对激光发射机中的信标光发射模块和信号光发射模块进行了设计。与传统发射机中的发射模块相比，本文设计的发射模块输出功率大，适合远距离传输，且电路结构整体趋于小型化。因此，本文所设计的光发射模块无论在军事应用还是民用都有着广泛的应用前景，对于未来将无线光通信产品应用在军用战车、坦克、舰载等之上有着重要的指导意义和实际价值。