紫外光调制

紫外光信息传输中调制技术的研究 贾红辉 杨俊才 沈 志 兰 勇 !国防科技大学理学院 长沙 "#$$%&’ 摘要 介绍了一种利用频率加载技术实现紫外光信息传输中高速数字编码调制的方法(该方法克服了以往紫外光通信调制技 术的光源激发和信息调制分离的缺点(并利用该方法实现了波特率为 )*$$+,-的高速调制从而为紫外光通信的实用化打下了 良好的基础. 关键词 紫外线 通 信 调 制 /01023456785096:;<28=6>?045>6<6@A=>BCD>763E28=6>?32>1E=11=6> FGHIJKLMNG OHKLFNKPHG QMRK SMG THK OJKL !UVWXXYXZUV[\]V\(^_‘[X]_Ya][b\cd[‘eXZf\Z\]d\g\VW]XYXhe(iW_]hdW_jkllmn(iW[]_’ op183248 qMRrRsMJtJuN-GKLsMRuvRwNRKPxyzJHtGKLsRPMKJzJLxsJHPPJr,zG-MMGLM-,RRttGLGsHzPJtGKLHKt rJtNzHsGJKGKsMR{|GKuJvrHsGJKsvHK-rG--GJK-x-sRr}Gzz~RtR-PvG~Rt!qMG-rRsMJtJ"RvPJrR-sMRtRuRPsJu GzzNrGKHKs-sGrNzHsR-R,HvHsRtuvJrrJtNzHsGJKGKsMR{|PJrrNKGPHsGJK!+xsMG-rRsMJtsMRMGLMrJtNzHsGJK Ju)*$$+,-MH-~RRKHPMGR"RtHKtGsR-sH~zG-MR-H-N~-sHKsGHz~H-RuJvsMR,vHPsGPH~GzGsxJu{|PJrrNKGPHsGJK! #0A$63:1 {zsvH"GJzRsvHtGHsGJK %JrrNKGPHsGJK &JtNzHsGJK ’ 引 言 由于紫外线在低空大气的(日盲窗口)特性和其在 空气中的强烈散射作用(使得紫外光信息传输具有低 窃听*低位辨*全方位*抗干扰能力高等优点(因此近年 来(紫外光信息传输系统的研究备受各大军事强国的 青睐.据报道美国 +q,公司于 -$$$年为美国海军研 制出了一套紫外光通信系统(该系统用热阴极低压汞 灯为紫外光源(在信息传输中采用先高压激发光源再 进行信息调制的分离技术(大大减弱了系统快速反应 能力.而且系统最大通信波特率仅为 "/$$+,-(很大程 度上限制了通信的速度.本文在研究 +q,公司的紫 外光通信系统基础上(提出一种新的利用频率加载技 术实现紫外光信息传输中的高速数字编码调制的方 法(成功解决了紫外光源的激发和调制的分离缺点(并 把通信的最大波特率提高到 )*$$+,-. 0 紫外光信息传输系统调制技术的实现 热阴极低压汞灯光谱中有 )$1能量集中在(日盲 区)波长 -2"Kr光谱上(并且在该波长上有高达 *$1 电光能转化效率(所以紫外光信息传输系统一般采用 这种光源. 信息加载的手段主要有调频调制和调幅调制两 种.由于紫外辐射在传输过程中的吸收和散射特性(用 调频调制方式比调幅调制方式要好.同样由于光源的 电光转换过程中的非线性(用脉冲方式要比正弦波好( 所以系统选择脉冲调频方式完成信息的加载. 热阴极低压汞灯中的放电属于气体弧光放电(具 有负伏安特性的特点.要想使光源弧光放电首先需要 大约 &$$r-的 *$$3-$$$|高压将气体激发(然后光 源两端电压稳定在 *$3#"$|之间工作.由于光源激 发需要比较高的电压而调制激发后的光源则只需要一 个比较低的电压(所以以往的光源调制方式一般采用 首先使用高压电子激发枪激发光源(而后另外设计一 个低电压频率调制电路的方法来实现光源的频率调 第 -"卷第 "期增刊 仪 器 仪 表 学 报 -$$&年 /月 制!这种电路虽然避免了电路中同时高压和低压两种 电压的难题!但是这种做法不利于高速调制和全双工 通信的实现并且在很大程度上减弱系统快速反应的能 力"为克服以上的调制方法的缺点!通过利用气体光源 本身的特性和电路串联谐振特点!电路图 #给出了实 现高压电源激发和紫外光信息传输装置的一体化的实 验电路原理框图" 图 # 光源激发驱动$调制一体化电路 在图 #中!被调制的两路信号分别控制上下两个 开关三极管管交替导通!使得隔离变压器输出端形成 %&回路串联谐振"在光源未被激发时!调整好 %&参 数使得光源两端有 ’(()*(((+高电压!一旦光源激 发后!由于光源的负伏安特性!从而形成了另外一个 %&谐振回路!使得光源两端稳定在一定的低电压工 作" 采用光源激发驱动调制一体化电路的设计!能够 很好地解决光源激发的高电压和光源调制的低电压相 互干扰的技术难题!并且可以比较容易地实现较高的 紫外光源的高速调制" , 紫外光信息传输系统的实现 该系统包括发送装置$接收装置和传输媒介!其中 传输媒介为低空大气"发送装置部分!系统紫外光源采 用 - 形 *(. 紫外低压汞灯!待传输数据信息按照 /0*1*传输!用单片机 2345&*(6#完成对信息 的调频加载!并利用半桥式串联谐振电路7图 #8将调 制信息驱动到紫外光源上"其 /0*1*与 33%电平的 转换通过 -29*1*来实现" 接收装置方面!系统采用:日盲型;光电倍增管作 光电探测器!接收到信息经过滤波$整形$放大后!用单 片机 2345&*(6#单片机进行调解!经过 -29*1*电 平转换串口解码得到信息" 此外!该系统还采用了一套准光学会聚$定向发射 系统提高传输距离<并利用了:日盲型;高中心波长透 过率的干涉窄带滤光片保证数据传输中的通信质量" = 结 论 按照以上的调制技术和系统的实现方法!研制出 了实验样机"该样机实现了紫外光源驱动激发和调制 的一体化!并在实验室里完成了波特率为 5’((>?@的 数据信息传输!从而为紫外光通信的研究打下了良好 的基础" 参考文献 # ABCDEFDGHIAJ?KGLMKNH@OLHP0KN@LHLQKRKHKSHTG@TU V+WNXY//WXLWHLTN@I#515I * 石中玉 Z紫外线光源及应用 Z北京轻工业出版社!#54[Z 1 \WMK@CWHHTNI&TNQKGHSTMMDNLSWHLTN@]@HKM D@LN^ DEHGWQLTEKHEL^PHIVNLHKX0HWHK@_WHKNH46’’51!#55*I [ 冯包根 Z紫外线在舰船武备中应用 Z船舰光学!#55’Z 6 许桂华 Z紫外光通信 Z现代通信!*(((Z 6[第 [期增刊 紫外光信息传输中调制技术的研究