一种大面积APD空间激光再生装置的制作方法

一种大面积apd空间激光再生装置
技术领域
1.本发明涉及无线激光通信领域，具体涉及一种大面积apd空间激光再生装置。


背景技术：

2.目前高速激光通信大多采用光纤耦合方式，进行有线通信，对于无线激光通信，激光管发出激光经过edfa、准直器后，耦合到发射天线，向空间传送无线激光，激光经过大气信道传输时，不可避免受大气湍流的影响，引起激光光束的光强闪烁、到达角起伏、光束漂移等一系列大气湍流效应，进而造成接收端光斑抖动，相位畸变，接收光功率起伏，通信误码率增大，严重的情况下可能导致通信中断，影响通信系统可靠性。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种大面积apd空间激光再生装置，旨在解决空间激光通信中探测器，光敏面面积过小时，导致的耦合效率低，灵敏度低、通信误码率高的问题。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种大面积apd空间激光再生装置，包括圆形本体，圆形本体上设置有电源模块及电路板，所述电路板包括光输入单元、光输入单元、监控单元及主控mcu单元，其中，
5.所述光输入单元包括apd模块及dc_dc升压模块、限幅放大模块；apd模块分别与dc_dc升压模块及限幅放大模块相连，dc_dc升压模块为apd模块提供高压偏置，信号光通过空间光耦合准直输入接口直接照射到apd模块，经限幅放大模块放大后输出给开关选择模块；
6.所述光输出单元包括开关选择模块、激光调制模块、备选收发模块及光纤输出端口，限幅放大模块通过开关选择模块分别与激光调制模块及备选收发模块连接，限幅放大模块输出的电信号经过激光调制模块和光纤输出端口输出再生光信号；或者通过备选收发模块和光纤输出端口实现再生光信号输出备份功能；
7.所述监控单元包括功率监控模块、电流监控模块；电流监控模块连接mcu模块及激光调制模块，功率监控模块与apd模块连接；
8.所述主控mcu单元包括mcu模块及通信接口模块，mcu模块用于采集数据，通过通信接口模块与上位机进行通信数据的传输。
9.本发明的更进一步优选方案是：所述apd模块封装于电路板的背面中心，用于接收激光光束的光耦合，所述电路板上还设置有前置跨阻放大器，所述前置跨阻放大器与apd模块连接，用于将电信号转换成电压信号，以实现电信号的放大。
10.本发明的更进一步优选方案是：所述apd模块的光敏探测面直径大于等于100μm。
11.本发明的更进一步优选方案是：所述电源模块包括电源供电模块及电源输入端口，所述圆形本体表面均匀镶嵌有三个定位孔，圆形本体上还连接有延伸带，光纤输出端口设置于延伸带的接口端面，电源输入端口设置于延伸带的侧端。
12.本发明的更进一步优选方案是：所述延伸带上设置有监控指示灯。
13.本发明的有益效果在于，采用大面积的apd模块，有效克服光斑抖动产生的灵敏度降低的问题，提高了光电探测灵敏度，同时，空间激光再生器的输出包含两种输出模式，不仅可通过调制器对放大后的电信号进行调制后，生成稳定光功率的激光，并通过光纤输出，还可通过光收发模块发出相应激光，实现激光的再生。
附图说明
14.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
15.图1是本发明大面积apd空间激光再生装置内部功能示意图；
16.图2是本发明大面积apd空间激光再生装置的平面示意图；
17.图3是本发明大面积apd空间激光再生装置的使用示意图。
具体实施方式
18.现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
19.如图1-3所示，本发明提供一种大面积apd空间激光再生装置，包括圆形本体10，圆形本体10上设置有电源模块及电路板，所述电路板包括光输入单元、光输入单元、监控单元及主控mcu单元。
20.其中，光输入单元包括apd模块29及dc_dc升压模块28、限幅放大模块33；apd模块29分别与dc_dc升压模块28及限幅放大模块33相连，dc_dc升压模块28为apd模块29提供高压偏置。信号光通过空间光耦合准直输入接口直接照射到apd模块29，经限幅放大模块33放大后输出给开关选择模块34。
21.具体的，dc_dc升压模块28与电源模块的电源输入端口31连接，用于将5v直流电源升压至43v，用于apd模块29的供电。所述的apd模块29为大面积apd雪崩光电二极管，用于接收激光光斑，其具有较大光敏面面积，直径大于等于100微米，在光斑变大或扰动时仍可被准确接收，能够实现光信号转换为电信号时更高灵敏度的探测；apd模块29与限幅放大模块33组成抗强干扰的低噪声放大器，转换成稳定的lvds信号输出。所述的apd模块29，在实现622mbps以下的空间激光通信时，探测面直径不小于400um，在实现5gbps以下的空间激光通信时，探测面直径不小于100um。
22.所述光输出单元包括开关选择模块34、激光调制模块39、备选收发模块35及光纤输出端口40，限幅放大模块33通过开关选择模块34分别与激光调制模块39及备选收发模块35连接，限幅放大模块33输出的电信号经过激光调制模块39和光纤输出端口40输出再生光信号；或者通过备选收发模块35和光纤输出端口40实现再生光信号输出备份功能。
23.具体的，开关选择模块34为双控开关，正常工作状态下，限幅放大模块33输出的电信号经过激光调制模块39和光纤输出端口40输出再生光信号；激光调制模块39出现异常时，开关选择模块34自动切换输出模式，通过备选收发模块35和光纤输出端口40实现再生光信号输出备份功能。本发明的大面积apd空间激光再生装置的输出包含两种输出模式，不仅可通过激光调制模块39对放大后的电信号进行调制后，生成稳定光功率的激光，并通过光纤输出，还可通过光收发模块发出相应激光，实现激光的再生；进一步降低了空间激光接收的难度。
24.所述监控单元包括功率监控模块36、电流监控模块38；电流监控模块38连接mcu模块37及激光调制模块39，功率监控模块36与apd模块29连；所述主控mcu单元包括mcu模块37及通信接口模块41，mcu模块37通过通信接口模块41与上位机进行通信数据的传输。其中mcu模块37内部含有多路模拟/数字转换器，实现工作状态读取、功率采集、功率预置、偏流设置、等数据采集功能，其完成了apd模块29和激光调制模块39的电流采集。所述功率监控模块36根据多路模拟/数字转换器采集的光生电流的大小通过数值计算推算出输入光功率的大小，实现功率实时监控。所述电流监控模块38根据多路模拟/数字转换器采集的激光调制模块39的电流大小通过数据分析实现对激光输出功率的监测。用户上位机通过通信接口模块41与mcu模块37之间进行通信，本实施例的通信接口模块41为rs232串口。
25.结合图2及图3所示，本发明的大面积apd空间激光再生装置，设置于激光光束光路上，在光路上与光学准直器14相连接。经光学准直器14的激光信号通过空间光耦合准直输入接口光耦合到装置的apd模块29的光敏面上。
26.装置包括圆形本体10及连接于圆形本体10上的延伸带12，所述电源模块包括电源供电模块30及电源输入端口31，所述圆形本体10表面均匀镶嵌有三个定位孔11，通过成120度的三个精密的定位孔11，将apd模块29固定在电路板的中心，只需要调节光学准直器14的焦距，可以方便地实现空间激光光束到apd模块29的光信号耦合，减小光学调节的难度。
27.本实施例的光纤输出端口40设置于延伸带12的侧端，电源输入端口31设置于延伸带12的顶端，所述延伸带12上设置有监控指示灯13。两个光纤输出端口40位于延伸带12的侧端，便于与光端机相连接。监控指示灯13显示了装置的工作状态，其与电源输入端口31位于带状接口的顶部；便于电气信号接口的引线连接。
28.本实施例的apd模块29，采用平窗型to封装，封装于电路板的背面中心，所述电路板上还设置有前置跨阻放大器，所述前置跨阻放大器与apd模块29连接，所述前置光电跨阻放大器采用单电源，选用高性能、低噪声放大器来实现电路匹配，并在光路上使用平窗的to封装，将光信号转换成光生电流，进一步转换成电压信号，以实现大于60dbω以上电信号的放大。
29.本实施例中，一种大面积apd空间激光再生装置，电流监控模块38采用maxim公司的ds1858e，mcu模块37采用silab公司的c8051f852，限幅放大模块33采用maxim公司的max3748，激光调制模块39采用maxim公司的max3735。
30.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应认为是本说明书记载的范围。