基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，涉及水下光无线通信领域，包括光发送端和光接收端，所述光发送端包括依次相连的射频信号产生模块、功率放大器、衰减器、偏置器、半导体激光器和扩束系统，所述偏置器还连接有直流；所述光接收端包括依次相连的卤化银玻璃、透镜、光电倍增管、跨阻放大器和信号后处理模块。本发明专利技术提供的一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，可实现百米以上通信距离大于1Gbps的传输速率，同时，在短距离传输时不损坏光电倍增管。该装置极大地改善现有水下光无线通信方法的传输距离和传输速率，满足水下大容量数据的实时传输应用需求。

High speed underwater optical wireless communication device based on adaptive distance of photomultiplier

【技术实现步骤摘要】
基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置
本专利技术属于水下光无线通信
，特别涉及水下光无线通信中的一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置。
技术介绍
随着海洋资源勘探、海洋学研究、海洋环境监控等人类活动的日益深入，对高速水下通信的需求日益迫切。相比传统的水声通信和水下射频通信，水下光无线通信具有能耗低，成本低，隐匿性好等优点。采用光在海水中的“低损窗口”——蓝绿光波段，水下光无线通信可支持深海数百米高速通信。现有的水下光无线通信采用的光电探测器主要有PIN型光电二极管和雪崩光电二极管(APD)，然而这些光电探测器的灵敏度不够高，不能满足微弱信号的探测要求，因此，可支持的传输距离较短。尽管有采用光电倍增管作为探测器的长距离水下光通信报道，但所支持的通信速率低(只有Kbps)。另一方面，由于光电倍增管动态范围非常的有限，当传输距离较短时，较强的入射光功率容易造成光电倍增管的损坏，目前尚缺乏能自适应长短通信距离的高速水下光无线通信方法。另外，在一些长距离高速水下通信应用场合，如潜艇间通信、水下机器人与深海工作基站间通信、水下机器人从海底传感节点回收数据等深海应用，目前仍然缺乏有效的高速通信手段。
技术实现思路
本专利技术主要目的是提供一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，用以解决相关技术中存在的通信距离短、通信速率低、探测器动态范围有限等问题。为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，包括光发送端和光接收端，所述光发送端包括依次相连的射频信号产生模块、功率放大器、衰减器、偏置器、半导体激光器和扩束系统，所述偏置器还连接有直流；所述接收端包括依次相连的卤化银玻璃、透镜、光电倍增管、跨阻放大器和信号后处理模块。进一步地，所述的射频信号产生模块用于对发送数字信号依次做信道编码、信号调制、数字预均衡处理、数模转换处理。进一步地，所述半导体激光器为高带宽(带宽大于1GHz)的带光纤尾纤输出的蓝/绿光半导体激光二极管。进一步地，所述半导体激光器附带温控，用来稳定半导体激光器的工作温度。进一步地，所述扩束系统用于准直扩束半导体激光器输出光。进一步地，所述扩束系统为镀膜凸透镜组。进一步地，所述卤化银玻璃用于对光功率进行自适应衰减，以防止强光入射损坏光电倍增管。进一步地，所述透镜为镀膜凸透镜。进一步地，所述光电倍增管为电流输出型光电倍增管。进一步地，所述的信号后处理模块用于对接收模拟信号依次做模数转换、信道均衡、信号解调和信道解码处理等，最终恢复发送数据。应用本专利技术的技术方案，带来如下有益效果：本专利技术提供的一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，可实现百米以上通信距离大于1Gbps的传输速率，同时，在短距离传输时不损坏光电倍增管。该装置极大地改善现有水下光无线通信方法的传输距离和传输速率，满足水下大容量数据的实时传输应用需求。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的高速水下光无线通信装置的示意图；图2为本专利技术实施例中的光发送端示意图；图3为本专利技术实施例中的光接收端示意图；图中：光发送端1、光接收端2、射频信号产生模块3、功率放大器4、衰减器5、偏置器6、半导体激光器7、扩束系统8、卤化银玻璃9、透镜10、光电倍增管11、跨阻放大器12、信号后处理模块13。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。结合图1至图3，本专利技术提供一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，包括光发送端1和光接收端2，所述光发送端1包括依次相连的射频信号产生模块3、功率放大器4、衰减器5、偏置器6、半导体激光器7和扩束系统8，所述偏置器6还连接有直流；所述光接收端2包括依次相连的卤化银玻璃9、透镜10、光电倍增管11、跨阻放大器12和信号后处理模块13。具体地，射频信号产生模块3、功率放大器4、衰减器5和偏置器6依次用带SMA头的射频线连接。光电倍增管11阳极、跨阻放大器12和信号后处理模块13依次用带SMA头的射频线连接。工作时，所述射频信号产生模块3用于对发送数字信号依次做信道编码、信号调制、数字预均衡处理(用来消除部分码间串扰，改善系统高频衰落，提升系统通信性能)、数模转换处理等，产生模拟射频信号(如图像、视频和文件等)，产生的射频信号输入到功率放大器4，功率放大器4后接衰减器5，功率放大器4与衰减器5一起用于调节并实现最佳射频信号输出功率，被放大的射频信号连接偏置器6，偏置器6用于将直流信号与射频信号耦合，以驱动半导体激光器7工作，直流选择在最佳工作范围，使得半导体激光器7工作在激光输出特性曲线的线性工作区。半导体激光器7输出光经扩束系统8准直扩束后进入海水传输。激光被扩束后发散角减小，同时也降低了接收端光束的对准难度。在实际应用中，射频信号产生模块3可以为任意波形发生器(AWG)。其中，信号调制的调制格式可以采用通断键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)等低阶调制格式，也可以采用脉冲幅度调制(PAM)、正交幅度相位调制(QAM)、正交频分复用(OFDM)、无载波幅度相位调制(CAP)等高阶调制格式，以提升通信系统的比特传输速率。经过海水传输一段距离后的激光束首先通过卤化银玻璃9，卤化银玻璃9用来自适应的衰减接收光功率，原理类似变色太阳镜，在强光入射时，玻璃衰减增大，而在弱光入射时，玻璃衰减减小，以动态的调节进入光电倍增管11的光功率，防止强光入射损坏光电倍增管11。透过卤化银玻璃9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，其特征在于，包括光发送端和光接收端，/n所述光发送端包括依次相连的射频信号产生模块、功率放大器、衰减器、偏置器、半导体激光器和扩束系统，所述偏置器还连接有直流；/n所述光接收端包括依次相连的卤化银玻璃、透镜、光电倍增管、跨阻放大器和信号后处理模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，其特征在于，包括光发送端和光接收端，
所述光发送端包括依次相连的射频信号产生模块、功率放大器、衰减器、偏置器、半导体激光器和扩束系统，所述偏置器还连接有直流；
所述光接收端包括依次相连的卤化银玻璃、透镜、光电倍增管、跨阻放大器和信号后处理模块。


2.根据权利要求1所述的一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，其特征在于，所述的射频信号产生模块用于对发送数字信号依次做信道编码、信号调制、数字预均衡处理、数模转换处理。


3.根据权利要求1所述的一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，其特征在于，所述半导体激光器为高带宽的带光纤尾纤输出的蓝/绿光半导体激光二极管。


4.根据权利要求1所述的一种基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置，其特征在于，所述半导体激光器附带温控，用来稳定半导体激光器的工作温度。


5.根据权利要求1所述的一种基于光...

【专利技术属性】
技术研发人员：费超，何赛灵，洪晓建，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33