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紫外LED在光通信领域的应用分析

2016-02-26 11:57
野明月
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  目前紫外光源已广泛应用于医疗杀菌、荧光光谱分析、生物分析/检测、水处理等领域,其中紫外光源的杀菌特性早在17世纪初期就被发现,紫外荧光管技术在18世纪50年代开始应用,这些技术采用的紫外光源均是气体放电灯(如低压汞灯)。

  紫外LED通信的优势

  在通信方面,紫外光通信速率远不及可见光通信,但紫外光作为不可见光,通信具有低分辨率、低窃听率、保密性高的独特优点。①低分辨率:紫外光是不可见光,肉眼很难发现紫外光源的存在;紫外光通过大气散射向四面八方传播信号,因而很难从散射信号中判断出紫外光源的所在位置。②低窃听率:由于大气分子、悬浮粒子的强吸收作用,紫外光信号的强度按指数规律衰减,这种强度衰减是距离的函数,因此可根据通信距离的要求来调整系统的发射功率,使其在非通信区域的辐射功率减至最小,难以截获。

  作为一种新型的军事通信系统,紫外光通信具有抗干扰能力强、保密性好、非视距通信以及全方位通信等优点,成为国内外军事技术人员研究的焦点。然而常规紫外光源(低压汞灯)存在体积大、寿命短、调制速率低、易碎等缺陷,限制了紫外光通信的发展。

  为解决紫外光通信光源问题,美国国防预先研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)于2002年启动了研制可变波长的晶体管紫外光发射器的项目,并成功研制出波长为274nm的日盲区紫外光发光二极管(UVED)。与低压汞灯相比,紫外LED具有体积小、寿命长、低压供电、可以数字调制等优点。

  紫外LED优异的特性使其一经问世就被应用于紫外光通信领域。麻省理工大学于2005年利用DARPA制造的274nm紫外LED作为光源,研制了一套紫外光通信实验样机,非直视通信,在100m的范围内通信速率为200b/s;以色列本固里安大学、英国航太系统公司、加利福尼亚大学等其他科研单位也建立了基于紫外LED的紫外光通信系统。但是他们研究工作的具体情况和技术细节均处于高度保密状态。

  2010年国内首条波长280nm的深紫外发光二极管(UV LED)生产线在青岛杰生电气有限公司实现商业化量产,2011年青岛杰生电气有限公司生产的波长280nm深紫外LED模组标定输出功率超过32mW,这些研究成果促进了紫外LED在紫外光通信领域的应用。2010年重庆大学搭建的紫外光通信系统调制速率达到7Mb/s,2010年中科院空间与应用研究中心利用紫外LED阵列搭建了紫外光图像传输实验系统。

  紫外LED调制速率特性

  紫外光通信系统研制单位对外公布的技术指标均为系统级参数,如数据传输速率、传输距离及误码率等;紫外LED生产商也仅对出厂产品的直流参数进行测试,如工作电压/电流、峰值波长及半宽度等。而紫外光通信系统的光源只有在调制状态下工作才能实现数据传输,对紫外LED的调制速率、调制光谱等调制特性进行研究,将会促进紫外LED在紫外光通信领域的应用。

  (1)紫外LED调制速率测试原理

  紫外LED调制速率测试原理如下图所示,各实验设备说明如下:

  ①函数发生器:采用Agilent的33250A产生标准方波信号,用于驱动紫外LED。

  ②紫外LED:采用青岛杰生电气有限公司生产的T039封装的单颗280nm紫外LED,输出功率>0.6mW。

  ③探测器(Si):采用THORLABS生产的PDA10A EC高速探测器,适用波长范围200~1100nm,响应时间为1ns。

  ④信号放大器:本实验采用的探测器自身就有信号滤波放大作用,如果探测器选择电流输出且无放大功能的,需要选择相应的信号放大器。

  ⑤数字示波器:选择泰克DP07054型号的存储示波器,带宽为500MHz。

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