一种基于紫外LED的多波段调制光源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于紫外LED的多波段调制光源，特征是包括工业电脑、控制电路、调制电路、供电电源、紫外LED光源与光学系统，紫外LED光源选用266nm、315nm两个波段的紫外LED阵列，工业电脑及其可视化控制软件构成上位机系统，通过控制电路实现对调制电路和紫外LED光源的控制，供电电源为调制电路和紫外LED光源提供所需直流电源，紫外LED在控制电路、调制电路和供电电源的共同作用下发射紫外调制信号，紫外光信号经光学系统输出，用于模拟紫外光通信系统发射端机工作状态和环境背景噪声。本发明专利技术可同时输出266nm、315nm波段的紫外调制信号，通过更换紫外LED阵列，可实现200nm～400nm波长范围全覆盖的紫外调制信号。

【技术实现步骤摘要】
一种基于紫外LED的多波段调制光源
本专利技术涉及紫外光通信用的发射端光源，尤其是其中的一种基于紫外LED的多波段调制光源。
技术介绍
紫外光通信系统具有通信保密性高、抗干扰性能力强、全方位、非直视以及容易组网等优点，因而受到各军事强国的高度重视，其中紫外光通信用的发射端光源必须工作于调制状态才可进行通信，现阶段主要采用气体放电灯(如：低压汞灯)内调制、激光器外调制实现紫外光信号调制，现有方法存在的缺点主要有：(1)气体放电灯(如：低压汞灯)具有多条谱线，在日盲区附近甚至可见光波段具有一定的辐射能量，导致紫外通信系统信息的暴露，保密性丧失。而且气体放电灯利用真空中气体电离的离子导电，不容易进行较高速率的调制，随着调制频率的提高，将出现“连火”现象，在光源总辐射功率不变的情况下，其调制度大大下降，从而导致通信距离缩短。(2)激光器外调制法利用声光调制器对紫外激光进行外调制，由于声光调制器对输入光的入射角度及偏振态方向都有严格的指标要求，光路调制难度大，而且在紫外波段可以利用的激光器及其配套声光调制器较少且价格昂贵，不便推广应用。(3)气体放电灯内调制法及激光器外调制法均采用空间光传输方式，由于紫外线不可见，不便于光路调试，而且容易对操作人员造成紫外辐射伤害。紫外光通信在军事通信中的特点和优势吸引了世界各军事强国的广泛关注和研究，美军在阿富汗的丛林战中已实际应用了基于紫外LED的光通信系统，实现了特种部队小分队间的秘密通信，使基于紫外LED的紫外光通信系统得到实际应用，但是具体技术细节均处于保密状态。我国的紫外光通信系统已经进入型号研制阶段，但是能够实际应用的紫外光通信系统均以低压汞灯作为发光源，通过调制电流对低压汞灯进行直接调制，产生紫外调制信号。由于低压汞灯是一种气体放电灯，具有多条谱线，在日盲区边界甚至可见光波段有一定的辐射能量，造成紫外通信的“紫暴”，大大降低紫外光通信的保密性。而且低压汞灯利用真空中气体电离的离子导电，不容易进行较高速率的调制，随着调制频率的提高，将出现“连火”现象，通信速率一般小于1Mbit/s。某些研究机构在实验室内采用紫外激光器作为发光源，利用紫外声光调制器对紫外激光进行调制。紫外激光按照一定的入射角度射入声光晶体，声光晶体内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级或（-1级）（视入射光的方向而定）衍射光，0级衍射光不含调制信号，可利用的调制光出现在+1级或（-1级）衍射光，合理选择参数，并使超声场足够强，可使入射光能量几乎全部转移到+1级（或-1级）衍射极值。紫外光通信系统是以低背景的“日盲”（220nm～280nm）紫外为媒介，目前在日盲区波段的激光器以266nm激光器为主，该激光器体积较大，不方便携带；声光调制器对输入光的入射角度及偏振态方向都有严格的指标要求，不便于调试；而且价格昂贵，不便于应用推广。
技术实现思路
本专利技术的任务在于解决现有技术中紫外光通信用的发射端光源存在的技术缺陷，提供一种基于紫外LED的多波段调制光源。其技术解决方案是：一种基于紫外LED的多波段调制光源，包括工业电脑、控制电路、调制电路、供电电源、紫外LED光源与光学系统，紫外LED光源选用266nm、315nm两个波段的紫外LED阵列，工业电脑以及运行其上的可视化控制软件构成上位机系统，通过控制电路实现对调制电路和紫外LED光源的控制，供电电源为调制电路和紫外LED光源提供所需直流电源，紫外LED在控制电路、调制电路和供电电源的共同作用下发射紫外调制信号，紫外光信号经光学系统输出，用于模拟紫外光通信系统发射端机工作状态和环境背景噪声。上述紫外LED阵列是由36个小型LED组成的光源阵列；紫外LED阵列的工作电压为35.9V，功率为大于25mW，最高调制频率大于2MHz。上述控制电路包括FPGA处理器、FLASH存储器、复位、USB接口、电源模块和电平转换驱动模块；用于接收上位机系统的指令，通过内部控制程序发出相应的波形，以驱动LED驱动系统，点亮紫外LED阵列。上述调制电路包括主控三极管，通过控制主控三极管的通断，来实现对紫外光源的调制；其中主控三极管选用2SD1762型NPN功率三极管，其最大反向电压为60V，传输频率为90MHz，集电极耗散功率25W。上述调制电路还包括均衡器，用于保证光源输出功率依据频率具有平坦性；该均衡器以紫外光功率计监测紫外LED光源在不同调制频率、不同供电电压条件下的紫外光功率，调整供电电压，实现紫外LED光源在不同的调整频率下具有相同的输出功率，记录不同调制频率下的供电电压，并以此作为均衡器的调整参数。上述光学系统包括光纤耦合子系统与准直聚焦子系统；通过光纤耦合子系统将紫外光进行整形，然后通过直聚焦子系统对光纤束输出的激光进行准直，使最终光斑达到设计要求。上述光纤耦合子系统包括芯径为0.05mm的全玻璃多模阶跃光纤集束而成的光纤束，与耦合透镜组；在进行光学分析时，将紫外LED阵列视为9mm×7mm的面发光源，光纤束视为一根直径为3mm的单根光纤；耦合透镜组用于将9mm×7mm的光斑缩小到3mm×3mm，耦合透镜组由2～3片单聚焦透镜组成。上述准直聚焦子系统包括聚束透镜与聚焦透镜；由光纤耦合子系统输出的激光经过聚束透镜将高斯光束的发散角变小，再用聚焦透镜将激光聚焦成为直径2mm的光斑。本专利技术具有以下有益技术效果：本专利技术同现有技术中“气体放电灯内调制法”、“紫外激光器外调制法”相比，具有以下优点：(1)紫外LED阵列具有较窄的谱宽，能够有效保证紫外光通信的保密性。(2)采用内调制工作方式，方法简单易操作，最大调制速率大于2MHz。(3)性价比高，随着紫外LED制作工艺的不断发展，本专利技术可广泛应用于紫外光通信、杀菌消毒等领域。(4)本专利技术可同时输出266nm、315nm波段的紫外调制信号，可用于模拟紫外光通信系统发射端机的工作状态及背景杂散光。而且通过更换紫外LED阵列，可实现200nm～400nm波长范围全覆盖的紫外调制信号。(5)采用光纤束耦合及准直聚焦输出。有效解决紫外LED阵列发散角大，采用透镜和光纤束结合的方法实现光纤耦合，对激光束进行聚束后再用聚焦透镜将激光聚焦成为2mm的光斑。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作更进一步的说明：图1为本专利技术一种实施方式的原理示意框图。图2为本专利技术中的控制电路原理示意框图。图3为本专利技术中的调制电路原理示意框图。图4为本专利技术中的光学系统原理示意框图。具体实施方式结合图1、图2、图3与图4，一种基于紫外LED的多波段调制光源，包括工业电脑1、控制电路2、调制电路3、供电电源4、紫外LED光源5与光学系统6。上述紫外LED光源选用266nm、315nm两个波段的紫外LED阵列501。工业电脑以及运行其上的可视化控制软件构成上位机系统，通过控制电路实现对调制电路和紫外LED光源的控制，供电电源为调制电路和紫外LED光源提供所需直流电源，紫外LED在控制电路、调制电路和供电电源的共同作用下发射紫外调制信号，紫外光信号经光学系统输出，用于模拟紫外光通信系统发射端机工作状态和环境背景噪声。优选地，上述紫外LED阵列是由36个小型LED组成的光源阵列；紫外LED阵列的工作电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于紫外LED的多波段调制光源，其特征在于包括工业电脑、控制电路、调制电路、供电电源、紫外LED光源与光学系统，紫外LED光源选用266nm、315nm两个波段的紫外LED阵列，工业电脑以及运行其上的可视化控制软件构成上位机系统，通过控制电路实现对调制电路和紫外LED光源的控制，供电电源为调制电路和紫外LED光源提供所需直流电源，紫外LED在控制电路、调制电路和供电电源的共同作用下发射紫外调制信号，紫外光信号经光学系统输出，用于模拟紫外光通信系统发射端机工作状态和环境背景噪声。

【技术特征摘要】
1.一种基于紫外LED的多波段调制光源，其特征在于包括工业电脑、控制电路、调制电路、供电电源、紫外LED光源与光学系统，紫外LED光源选用266nm、315nm两个波段的紫外LED阵列，工业电脑以及运行其上的可视化控制软件构成上位机系统，通过控制电路实现对调制电路和紫外LED光源的控制，供电电源为调制电路和紫外LED光源提供所需直流电源，紫外LED在控制电路、调制电路和供电电源的共同作用下发射紫外调制信号，紫外光信号经光学系统输出，用于模拟紫外光通信系统发射端机工作状态和环境背景噪声；上述光学系统包括光纤耦合子系统与准直聚焦子系统；通过光纤耦合子系统将紫外光进行整形，然后通过准直聚焦子系统对光纤束输出的激光进行准直，使最终光斑达到设计要求；上述光纤耦合子系统包括芯径为0.05mm的全玻璃多模阶跃光纤集束而成的光纤束，与耦合透镜组；在进行光学分析时，将紫外LED阵列视为9mm×7mm的面发光源，光纤束视为一根直径为3mm的单根光纤；耦合透镜组用于将9mm×7mm的光斑缩小到3mm×3mm，耦合透镜组由2～3片单聚焦透镜组成；上述准直聚焦子系统包括聚束透镜与聚焦透镜；由光纤耦合子系统输出的激光经过聚束透镜将高斯光束的发散角变小，再用聚焦透镜将激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少水，朱兴邦，黄河清，孙权社，唐义，赵发财，王国权，郑祥亮，韩忠，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，北京理工大学，
类型：发明
国别省市：