專利名稱：無線激光通信裝置中的陣列光電探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種無線激光通信裝置中的陣列光電探測器，屬于無線激光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線激光通信是指以激光波作為載波、大氣作為傳輸介質(zhì)的光通信。與微波通信相比，激光通信具有信息容量大、頻帶寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)、保密性好等特點(diǎn)。與有線和光纖通信相比，具有機(jī)動靈活、對市政建設(shè)影響小、運(yùn)行成本低、易于推廣等優(yōu)點(diǎn)。激光通信不占用無線電頻譜資源、不需申請頻率執(zhí)照，沒有鋪設(shè)管道需挖掘馬路的問題，架設(shè)靈活，可以完成地対地、地対空、空対空等多種光纖通信無法完成的通信任務(wù)。
無線激光通信系統(tǒng)主要由激光發(fā)射系統(tǒng)、激光接收系統(tǒng)、伺服跟蹤系統(tǒng)等部分組成。激光接收系統(tǒng)中的最為核心的器件是光電探測器，光電探測器的頻響帶寬與光敏元的光敏面面積成反比，如果要求頻響帶寬更寬，則光敏面面積就應(yīng)當(dāng)更小，如光敏面直徑只有幾十微米至幾毫米。然而，根據(jù)幾何光學(xué)，激光接收系統(tǒng)的視場光闌為光電探測器光敏元的光敏面，因此，通過減小光電探測器的光敏面面積來提高頻響帶寬必然導(dǎo)致激光接收系統(tǒng)的視場光闌變小，接收視場也就必然很小。然而接收視場越小對跟蹤對準(zhǔn)系統(tǒng)的要求越高，這就導(dǎo)致激光接收系統(tǒng)強(qiáng)烈依賴伺服跟蹤系統(tǒng)。而現(xiàn)有伺服跟蹤系統(tǒng)用于座式無線激光通信系統(tǒng)，該伺服跟蹤系統(tǒng)體積龐大、沉重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜精密、成本高昂，另外，由于該伺服跟蹤系統(tǒng)在跟蹤過程中較大的機(jī)械慣性而產(chǎn)生較小的機(jī)械帶寬，進(jìn)而導(dǎo)致無線激光通信系統(tǒng)的控制帶寬以及控制精度降低。何況這種機(jī)械式對準(zhǔn)跟蹤方式難以適合便攜式無線激光通信系統(tǒng)?，F(xiàn)有便攜式無線激光通信系統(tǒng)實(shí)際上只能依靠觀瞄裝置對準(zhǔn)和跟蹤，鑒于上文所述頻響帶寬、光敏面面積、視場光闌三者之間的關(guān)系，觀瞄裝置難以保證光通信信號的正常接收，光通信難以正常進(jìn)行?，F(xiàn)有無線激光通信系統(tǒng)中的光電探測器由跨阻探測器、前置放大器、主放大器構(gòu)成，見圖I所示，光敏元與采樣電阻構(gòu)成跨阻探測器，探測到的光功率電壓信號依次由前置放大器、主放大器放大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決便攜式無線激光通信系統(tǒng)的對準(zhǔn)跟蹤問題，為此我們發(fā)明了ー種無線激光通信裝置中的陣列光電探測器，該陣列光電探測器能夠以非機(jī)械式對準(zhǔn)跟蹤方式實(shí)現(xiàn)便攜式無線激光通信系統(tǒng)的對準(zhǔn)跟蹤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光通信信號的正常接收，在增大激光接收系統(tǒng)視場光闌的同時(shí)，保持或者減小光電探測器光敏元的光敏面面積，保持或者提高光電探測器的頻響帶寬。本發(fā)明之無線激光通信裝置中的陣列光電探測器由光敏元P與采樣電阻RO串聯(lián)構(gòu)成跨阻探測器，探測到的光功率電壓信號依次由前置放大器、主放大器放大，其特征在于，見圖2所示，若干光敏元P排列構(gòu)成光敏元陣列，每個(gè)光敏元P分別與ー個(gè)采樣電阻RO構(gòu)成ー個(gè)跨阻探測器，每個(gè)跨阻探測器分別連接ー個(gè)前置放大器，每個(gè)前置放大器輸出端分兩路分別與多路A/D采樣器、多路選通器連接，控制器連接于多路A/D采樣器、多路選通器之間，多路選通器輸出端連接主放大器。本發(fā)明其技術(shù)效果在于，采用本發(fā)明之陣列光電探測器的無線激光通信裝置由觀瞄裝置對準(zhǔn)和跟蹤，使光敏元陣列探測到通信激光，不論具體是由哪幾個(gè)光敏元P探測到通信激光，均由對應(yīng)的跨阻探測器將光功率電壓信號送入其前置放大器放大，各前置放大器輸出的光功率電壓信號一路進(jìn)入多路A/D采樣器、一路進(jìn)入多路選通器，由控制器控制，多路A/D采樣器對所有接入的前置放大器進(jìn)行輸出電平循環(huán)采樣，并將采樣結(jié)果送入控制器，在此過程中控制器捜索到光功率高者，也就是在光敏元陣列中確認(rèn)哪ー個(gè)光敏元P為最大能量區(qū)域，再指令多路選通器對該光敏元P光敏探測輸出信號進(jìn)行使能控制，針對該光敏元P所采集到的通信信號進(jìn)行判決，并送至主放大器進(jìn)ー步放大。由此來看，采用本發(fā)明之陣列光電探測器將激光通信信號的接收與跟蹤同時(shí)進(jìn)行，其中的跟蹤成為ー種光電跟蹤方式，完全擺脫了現(xiàn)有機(jī)械跟蹤方式。采用本發(fā)明之陣列光電探測器的無線激光通信系統(tǒng)不需配備專門的伺服跟蹤系統(tǒng)，只需保留觀瞄裝置即可。另外，采用了本發(fā)明之陣列光電探測器的激光接收系統(tǒng)的視場光闌為光敏元陣列的光敏面，該光敏面明顯大于單個(gè)光敏元P的光敏面，所以，采用本發(fā)明之陣列光電探測器的激光接收系統(tǒng)的視場光闌明顯増大， 接收視場因此明顯増大，但該陣列光電探測器的頻響帶寬并未降低，因?yàn)?，最終獲得的激光通信信號還有由ー個(gè)光敏元P提供，而在本發(fā)明的方案中，該光敏元P的光敏面面積并未增大，通常保持不變或者減小。由于本發(fā)明之陣列光電探測器采取光功率高者通的工作方式，因此不會因?yàn)槎鄠€(gè)光敏元P的并聯(lián)所導(dǎo)致的結(jié)電容累加而影響頻響帶寬。
圖I是現(xiàn)有激光通信系統(tǒng)中的光電探測器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明無線激光通信裝置中的陣列光電探測器結(jié)構(gòu)示意圖，該圖同時(shí)作為摘要附圖。圖3是本發(fā)明之陣列光電探測器中的光敏元陣列結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是激光通信系統(tǒng)中的光電探測器中的跨阻探測器與前置放大器電路圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明之無線激光通信裝置中的陣列光電探測器由光敏元P與采樣電阻RO串聯(lián)構(gòu)成跨阻探測器，探測到的光功率電壓信號依次由前置放大器、主放大器放大，見圖2所不。若干光敏兀P排列在金屬基片I上構(gòu)成光敏兀陣列，光敏兀P數(shù)量為2X2 IOX 10,如6X6,見圖3所不,各光敏兀P之間由空氣溝槽2電隔離,金屬基片I同時(shí)作為姆個(gè)光敏元P的公共地線，能夠降低陣列光電探測器的靜電噪聲。光敏元陣列的具體方案之ー是由若干個(gè)分立元件光敏ニ極管作為光敏元P排列而成，之二是在同一晶片上采用半導(dǎo)體器件制造エ藝集成制造。每個(gè)光敏元P通過信號引線3分別與ー個(gè)采樣電阻RO串聯(lián)構(gòu)成ー個(gè)跨阻探測器，每個(gè)跨阻探測器分別連接ー個(gè)前置放大器，見圖2、圖4所示。跨阻探測器與前置放大器的具體電路結(jié)構(gòu)與功能如下，光敏元P的PN結(jié)反偏，后面接ー個(gè)采樣電阻R0，其阻值與前置放大器的響應(yīng)頻率成反比，一般在幾歐姆至幾百歐姆之間；當(dāng)光敏元P的光敏面受到通信激光照射而激發(fā)吋，自其PN結(jié)激發(fā)出電子流，電子流經(jīng)采樣電阻RO后，電流信號被轉(zhuǎn)換成交流電壓信號，該交流電壓信號經(jīng)過隔直電容Cl被送至前置放大器進(jìn)行放大；前置放大器由兩個(gè)對管VT1、VT2組成，是ー種低噪高倍放大電路；電阻Rl和電阻R2構(gòu)成分壓電路，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定；為了延展前置放大器的頻帶特 性，通過電阻R8和電容C4對前級做負(fù)反饋；電阻R3 R7實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)流和非線性交流放大；經(jīng)前置放大器放大的光功率電壓信號一路進(jìn)入多路A/D采樣器、一路進(jìn)入多路選通器。每個(gè)前置放大器輸出端分兩路分別與多路A/D采樣器、多路選通器連接，控制器連接于多路A/D采樣器、多路選通器之間，多路選通器輸出端連接主放大器。多路A/D采樣器由多路數(shù)A/D芯片擔(dān)當(dāng)；控制器是ー個(gè)微處理器，由ー個(gè)DSP芯片或單片機(jī)芯片擔(dān)當(dāng)；多路選通器由三態(tài)門芯片擔(dān)當(dāng)。
權(quán)利要求
1.一種無線激光通信裝置中的陣列光電探測器，由光敏元P與采樣電阻RO串聯(lián)構(gòu)成跨阻探測器，探測到的光功率電壓信號依次由前置放大器、主放大器放大，其特征在于，若干光敏元P排列構(gòu)成光敏元陣列，每個(gè)光敏元P分別與一個(gè)采樣電阻RO構(gòu)成一個(gè)跨阻探測器，每個(gè)跨阻探測器分別連接一個(gè)前置放大器，每個(gè)前置放大器輸出端分兩路分別與多路A/D采樣器、多路選通器連接，控制器連接于多路A/D采樣器、多路選通器之間，多路選通器輸出端連接主放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線激光通信裝置中的陣列光電探測器，其特征在于，若干光敏兀P排列在金屬基片(I)上構(gòu)成光敏兀陣列，光敏兀P數(shù)量為2X2 IOX 10,各光敏元P之間由空氣溝槽(2)電隔離，金屬基片(I)同時(shí)作為每個(gè)光敏元P的公共地線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線激光通信裝置中的陣列光電探測器，其特征在于，光敏元陣列的具體方案之一是由若干個(gè)分立元件光敏二極管作為光敏元P排列而成，之二是在同一晶片上采用半導(dǎo)體器件制造工藝集成制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線激光通信裝置中的陣列光電探測器，其特征在于，多路A/D采樣器由多路數(shù)A/D芯片擔(dān)當(dāng)；控制器是一個(gè)微處理器，由一個(gè)DSP芯片或單片機(jī)芯片擔(dān)當(dāng)；多路選通器由三態(tài)門芯片擔(dān)當(dāng)。
全文摘要
無線激光通信裝置中的陣列光電探測器屬于無線激光通信技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)有技術(shù)鑒于頻響帶寬、光敏面面積、視場光闌三者之間的制約關(guān)系，要求具有精密的機(jī)械式伺服跟蹤系統(tǒng)。本發(fā)明由光敏元P與采樣電阻R0串聯(lián)構(gòu)成跨阻探測器，探測到的光功率電壓信號依次由前置放大器、主放大器放大，若干光敏元P排列構(gòu)成光敏元陣列，每個(gè)光敏元P分別與一個(gè)采樣電阻R0構(gòu)成一個(gè)跨阻探測器，每個(gè)跨阻探測器分別連接一個(gè)前置放大器，每個(gè)前置放大器輸出端分兩路分別與多路A/D采樣器、多路選通器連接，控制器連接于多路A/D采樣器、多路選通器之間，多路選通器輸出端連接主放大器。用于便攜式無線激光通信系統(tǒng)，激光通信信號的接收與跟蹤同時(shí)進(jìn)行，是一種光電跟蹤方式。
文檔編號H04B10/10GK102664679SQ201210102198
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者從立剛, 尚瑞瑞, 底曉強(qiáng), 李平, 李錦青, 柏逢明, 王賀, 祁暉, 管紅梅, 魏楓林 申請人:長春理工大學(xué)