[发明专利]基于蓝绿激光的水下可见光收发系统

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及基于蓝绿激光的水下可见光收发系统。

背景技术

水下无线光通信是以光波作为载波实现数据传输的通信方式。目前水下无线通信主要采用水声通信，但是水声通信传输速率低，且容易受到外界其它电磁辐射的影响而导致系统的不稳定。研究发现，海水对450～550nm波段内的蓝绿光的衰减比对其他光波段的衰减要小很多，因此在海洋中亦存在一个类似于大气中的透光窗口。蓝绿激光的穿透能力强，工作频率高，方向性好，传送信息量大，抗干扰能力强，可高效的获取海洋监测信息，快速感知水下环境变化，为更精确的战术侦察、水下探雷、污染监测、石油控制与维护、近海勘探、气候变化监测、海洋学研究等提供高速灵活的信息平台，从而对海洋突发事件作出快速处理与决策。

发明内容

本发明的目的在于提供基于蓝绿激光的水下可见光收发系统，实现12MHz 方波，传输距离7米以上的收发电路，解决目前水下光通信主要面临传输速率低、距离近的问题。

本发明所采用的技术方案是光源器件通过恒流源驱动电路产生的直流光信号送给激光调制电路，激光调制电路将用FPGA编码后的信号调制到激光器上，使激光器输出的光信号为有一定速率的已调制的光信号；接收端的光电检测器 PIN将接收到的光信号转变为电流信号，送入前置放大电路进行流压变化及低噪声放大，然后送入主级放大电路再次对信号进行放大后送入信号整形电路，将信号恢复为标准波形。

进一步，光源器件选择欧司朗PL-520-B1，工作电压6V，功率120mW，波长520nm的LD，光电检测器选择滨松PINS2386-8K，工作电压0-5V，650nm 的灵敏度是0.35mA/mW，工作波长300nm-1100nm，1MHz的结电容是0.5nF。

进一步，恒流源驱动电路选用BUCK型的DC-DC制作恒流源用于驱动LD，它内部集成一个100毫欧电流采样电阻，用于监测输出电流，并对其进行调节，用于驱动对电流较敏感的大电流LD，输出电流范围为35mA至1A连续可调，宽范围可调开关频率200kHz至12MHz，实现400:1的调光范围，从而消除常见的LED调光过程中的彩色漂移。

进一步，激光调制电路设计采用OOK调制，利用MOS管的开关特性改变 LD的电流实现光电数字信号调制。为提高调制速率，OOK调制时的低电平“0”信号有一个小直流量，即调制信号是在一个直流偏置的基础上进行输出高低电平的直流变化的。

进一步，前置放大电路实现光电流到电压的变换，选用TI公司90MHz的 OPA380单电源互阻放大芯片，反馈电阻R₆位1KΩ，C₆为补偿电容，大小为2pF，可在电路中产生一个极点，增加电路的稳定性，提高响应速度，它的大小直接影响放大电路的带宽。

进一步，主级放大电路采用具有关断功能的电压反馈性OPA690作为主级放大芯片，其增益带宽积是500M，且可单电源供电，反馈电阻R1选取为510Ω， R5为47Ω的电阻实现。

进一步，信号整形电路采用TI公司的TLV3501，通过调节R8电阻可改变比较器的零点，R8电阻的阻值范围为10KΩ，前后增加R7和R9可提高电压调节精度。

本发明的有益效果是传输速率高、成本低。

附图说明

图1是恒流源驱动电路图；

图2是激光调制电路；

图3是前置放大电路；

图4是主级放大电路；

图5是信号整形电路设计。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明系统采用恒流源驱动蓝绿光激光器发直流光，光源器件通过恒流源驱动电路产生的直流光信号送给激光调制电路，激光调制电路将用FPGA编码后的信号调制到激光器上，使激光器输出的光信号为有一定速率的已调制的光信号。

接收端的光电检测器PIN将接收到的光信号转变为电流信号，送入前置放大电路进行流压变化及低噪声放大，然后送入主级放大电路再次对信号进行放大后送入信号整形电路，将信号恢复为标准波形。

光源器件选择欧司朗PL-520-B1，工作电压6V，功率120mW，波长520nm 的LD。光电检测器选择滨松PINS2386-8K，工作电压0-5V，650nm的灵敏度是0.35mA/mW，工作波长300nm-1100nm，1MHz的结电容是0.5nF。

恒流源驱动电路：