无线激光通信装置中的阵列光电探测器

摘要

无线激光通信装置中的阵列光电探测器属于无线激光通信技术领域。现有技术鉴于频响带宽、光敏面面积、视场光阑三者之间的制约关系，要求具有精密的机械式伺服跟踪系统。本发明由光敏元P与采样电阻R0串联构成跨阻探测器，探测到的光功率电压信号依次由前置放大器、主放大器放大，若干光敏元P排列构成光敏元阵列，每个光敏元P分别与一个采样电阻R0构成一个跨阻探测器，每个跨阻探测器分别连接一个前置放大器，每个前置放大器输出端分两路分别与多路A/D采样器、多路选通器连接，控制器连接于多路A/D采样器、多路选通器之间，多路选通器输出端连接主放大器。用于便携式无线激光通信系统，激光通信信号的接收与跟踪同时进行，是一种光电跟踪方式。

权利要求

1.一种无线激光通信装置中的阵列光电探测器，由光敏元P与采样电阻R0串联构成跨阻探测器，探测到的光功率电压信号依次由前置放大器、主放大器放大，其特征在于，若干光敏元P排列构成光敏元阵列，每个光敏元P分别与一个采样电阻R0构成一个跨阻探测器，每个跨阻探测器分别连接一个前置放大器，每个前置放大器输出端分两路分别与同一个多路A/D采样器、同一个多路选通器连接，按信号走向多路A/D采样器、控制器、多路选通器依次连接，多路选通器输出端连接主放大器，光敏元阵列的具体方案是由若干个分立元件光敏二极管作为光敏元P排列而成，或者是在同一晶片上采用半导体器件制造工艺集成制造。

2.根据权利要求1所述的无线激光通信装置中的阵列光电探测器，其特征在于，若干光敏元P排列在金属基片(1)上构成光敏元阵列，光敏元P数量为2×2～10×10，各光敏元P之间由空气沟槽(2)电隔离，金属基片(1)同时作为每个光敏元P的公共地线。

3.根据权利要求1所述的无线激光通信装置中的阵列光电探测器，其特征在于，多路A/D采样器由多路数A/D芯片担当；控制器是一个微处理器，由一个DSP芯片或单片机芯片担当；多路选通器由三态门芯片担当。

说明书

无线激光通信装置中的阵列光电探测器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无线激光通信装置中的阵列光电探测器，属于无线激光通信技术领域。

背景技术

[0002] 无线激光通信是指以激光波作为载波、大气作为传输介质的光通信。与微波通信相比，激光通信具有信息容量大、频带宽、抗电磁干扰能力强、保密性好等特点。与有线和光纤通信相比，具有机动灵活、对市政建设影响小、运行成本低、易于推广等优点。激光通信不占用无线电频谱资源、不需申请频率执照，没有铺设管道需挖掘马路的问题，架设灵活，可以完成地对地、地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务。

[0003] 无线激光通信系统主要由激光发射系统、激光接收系统、伺服跟踪系统等部分组成。激光接收系统中的最为核心的器件是光电探测器，光电探测器的频响带宽与光敏元的光敏面面积成反比，如果要求频响带宽更宽，则光敏面面积就应当更小，如光敏面直径只有几十微米至几毫米。然而，根据几何光学，激光接收系统的视场光阑为光电探测器光敏元的光敏面，因此，通过减小光电探测器的光敏面面积来提高频响带宽必然导致激光接收系统的视场光阑变小，接收视场也就必然很小。然而接收视场越小对跟踪对准系统的要求越高，这就导致激光接收系统强烈依赖伺服跟踪系统。

[0004] 而现有伺服跟踪系统用于座式无线激光通信系统，该伺服跟踪系统体积庞大、沉重、结构复杂精密、成本高昂，另外，由于该伺服跟踪系统在跟踪过程中较大的机械惯性而产生较小的机械带宽，进而导致无线激光通信系统的控制带宽以及控制精度降低。何况这种机械式对准跟踪方式难以适合便携式无线激光通信系统。现有便携式无线激光通信系统实际上只能依靠观瞄装置对准和跟踪，鉴于上文所述频响带宽、光敏面面积、视场光阑三者之间的关系，观瞄装置难以保证光通信信号的正常接收，光通信难以正常进行。

[0005] 现有无线激光通信系统中的光电探测器由跨阻探测器、前置放大器、主放大器构成，见图1所示，光敏元与采样电阻构成跨阻探测器，探测到的光功率电压信号依次由前置放大器、主放大器放大。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于解决便携式无线激光通信系统的对准跟踪问题，为此我们发明了一种无线激光通信装置中的阵列光电探测器，该阵列光电探测器能够以非机械式对准跟踪方式实现便携式无线激光通信系统的对准跟踪，进而实现光通信信号的正常接收，在增大激光接收系统视场光阑的同时，保持或者减小光电探测器光敏元的光敏面面积，保持或者提高光电探测器的频响带宽。

[0007] 本发明之无线激光通信装置中的阵列光电探测器由光敏元P与采样电阻R0串联构成跨阻探测器，探测到的光功率电压信号依次由前置放大器、主放大器放大，其特征在于，见图2所示，若干光敏元P排列构成光敏元阵列，每个光敏元P分别与一个采样电阻R0构成一个跨阻探测器，每个跨阻探测器分别连接一个前置放大器，每个前置放大器输出端分两路分别与多路A/D采样器、多路选通器连接，控制器连接于多路A/D采样器、多路选通器之间，多路选通器输出端连接主放大器。

[0008] 本发明其技术效果在于，采用本发明之阵列光电探测器的无线激光通信装置由观瞄装置对准和跟踪，使光敏元阵列探测到通信激光，不论具体是由哪几个光敏元P探测到通信激光，均由对应的跨阻探测器将光功率电压信号送入其前置放大器放大，各前置放大器输出的光功率电压信号一路进入多路A/D采样器、一路进入多路选通器，由控制器控制，多路A/D采样器对所有接入的前置放大器进行输出电平循环采样，并将采样结果送入控制器，在此过程中控制器搜索到光功率高者，也就是在光敏元阵列中确认哪一个光敏元P为最大能量区域，再指令多路选通器对该光敏元P光敏探测输出信号进行使能控制，针对该光敏元P所采集到的通信信号进行判决，并送至主放大器进一步放大。由此来看，采用本发明之阵列光电探测器将激光通信信号的接收与跟踪同时进行，其中的跟踪成为一种光电跟踪方式，完全摆脱了现有机械跟踪方式。采用本发明之阵列光电探测器的无线激光通信系统不需配备专门的伺服跟踪系统，只需保留观瞄装置即可。另外，采用了本发明之阵列光电探测器的激光接收系统的视场光阑为光敏元阵列的光敏面，该光敏面明显大于单个光敏元P的光敏面，所以，采用本发明之阵列光电探测器的激光接收系统的视场光阑明显增大，接收视场因此明显增大，但该阵列光电探测器的频响带宽并未降低，因为，最终获得的激光通信信号还有由一个光敏元P提供，而在本发明的方案中，该光敏元P的光敏面面积并未增大，通常保持不变或者减小。

[0009] 由于本发明之阵列光电探测器采取光功率高者通的工作方式，因此不会因为多个光敏元P的并联所导致的结电容累加而影响频响带宽。

附图说明

[0010] 图1是现有激光通信系统中的光电探测器结构示意图。图2是本发明无线激光通信装置中的阵列光电探测器结构示意图，该图同时作为摘要附图。图3是本发明之阵列光电探测器中的光敏元阵列结构示意图。图4是激光通信系统中的光电探测器中的跨阻探测器与前置放大器电路图。

具体实施方式

[0011] 本发明之无线激光通信装置中的阵列光电探测器由光敏元P与采样电阻R0串联构成跨阻探测器，探测到的光功率电压信号依次由前置放大器、主放大器放大，见图2所示。若干光敏元P排列在金属基片1上构成光敏元阵列，光敏元P数量为2×2～10×10，如6×6，见图3所示，各光敏元P之间由空气沟槽2电隔离，金属基片1同时作为每个光敏元P的公共地线，能够降低阵列光电探测器的静电噪声。光敏元阵列的具体方案之一是由若干个分立元件光敏二极管作为光敏元P排列而成，之二是在同一晶片上采用半导体器件制造工艺集成制造。每个光敏元P通过信号引线3分别与一个采样电阻R0串联构成一个跨阻探测器，每个跨阻探测器分别连接一个前置放大器，见图2、图4所示。跨阻探测器与前置放大器的具体电路结构与功能如下，光敏元P的PN结反偏，后面接一个采样电阻R0，其阻值与前置放大器的响应频率成反比，一般在几欧姆至几百欧姆之间；当光敏元P的光敏面受到通信激光照射而激发时，自其PN结激发出电子流，电子流经采样电阻R0后，电流信号被转换成交流电压信号，该交流电压信号经过隔直电容C1被送至前置放大器进行放大；前置放大器由两个对管VT1、VT2组成，是一种低噪高倍放大电路；电阻R1和电阻R2构成分压电路，实现静态工作点的稳定；为了延展前置放大器的频带特性，通过电阻R8和电容C4对前级做负反馈；电阻R3～R7实现镇流和非线性交流放大；经前置放大器放大的光功率电压信号一路进入多路A/D采样器、一路进入多路选通器。每个前置放大器输出端分两路分别与多路A/D采样器、多路选通器连接，控制器连接于多路A/D采样器、多路选通器之间，多路选通器输出端连接主放大器。多路A/D采样器由多路数A/D芯片担当；控制器是一个微处理器，由一个DSP芯片或单片机芯片担当；多路选通器由三态门芯片担当。