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详析紫外LED在光通信范畴的使用

详析紫外LED在光通信领域的应用-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

  现在紫外光源已广泛使用于医疗灭菌、荧光光谱剖析、生物剖析/检测、水处理等范畴,其间紫外光源的灭菌特性早在17世纪初期就被发现,紫外荧光管技能在18世纪50年代开端使用,这些技能选用的紫外光源均是气体放电灯(如低压汞灯)。

  紫外LED通讯的优势

  在通讯方面,紫外光通讯速率远不及可见光通讯,但紫外光作为不可见光,通讯具有低分辨率、低偷听率、保密性高的共同长处。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;紫外光经过大气散射向五湖四海传达信号,因而很难从散射信号中判别出紫外光源的所在位置。②低偷听率:由于大气分子、悬浮粒子的强吸收效果,紫外光信号的强度按指数规则衰减,这种强度衰减是间隔的函数,因而可根据通讯间隔的要求来调整体系的发射功率,使其在非通讯区域的辐射功率减至最小,难以截获。

  作为一种新式的军事通讯体系,紫外光通讯具有抗干扰能力强、保密性好、非视距通讯以及全方位通讯等长处,成为国内外军事技能人员研讨的焦点。可是惯例紫外光源(低压汞灯)存在体积大、寿命短、调制速率低、易碎等缺点,约束了紫外光通讯的开展。

  为处理紫外光通讯光源问题,美国国防预先研讨方案局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)于2002年启动了研发可变波长的晶体管紫外光发射器的项目,并成功研发出波长为274nm的日盲区紫外光发光二极管(UVED)。与低压汞灯比较,紫外LED具有体积小、寿命长、低压供电、能够数字调制等长处。

  紫外LED优异的特性使其一经面世就被使用于紫外光通讯范畴。麻省理工大学于2005年使用DARPA制作的274nm紫外LED作为光源,研发了一套紫外光通讯试验样机,非直视通讯,在 100m的规模内通讯速率为200b/s;以色列本固里安大学、英国航太体系公司、加利福尼亚大学等其他科研单位也建立了根据紫外LED的紫外光通讯体系。可是他们研讨作业的具体情况和技能细节均处于高度保密状况。

  2010年国内首条波长280nm的深紫外发光二极管(UV LED)出产线在青岛杰生电气有限公司完成商业化量产,2011年青岛杰生电气有限公司出产的波长280nm深紫外LED模组标定输出功率超越32mW,这些研讨成果促进了紫外LED在紫外光通讯范畴的使用。2010年重庆大学建立的紫外光通讯体系调制速率到达7Mb/s,2010年中科院空间与使用研讨中心使用紫外LED阵列建立了紫外光图画传输试验体系。

  紫外LED调制速率特性

  紫外光通讯体系研发单位对外发布的技能指标均为体系级参数,如数据传输速率、传输间隔及误码率等;紫外LED出产商也仅对出厂产品的直流参数进行测验,如作业电压/电流、峰值波长及半宽度等。而紫外光通讯体系的光源只要在调制状况下作业才干完成数据传输,对紫外LED的调制速率、调制光谱等调制特性进行研讨,将会促进紫外LED在紫外光通讯范畴的使用。

  (1)紫外LED调制速率测验原理

  紫外LED调制速率测验原理如下图所示,各试验设备阐明如下:

  

  ①函数发生器:选用Agilent的33250A发生规范方波信号,用于驱动紫外LED。

  ②紫外LED:选用青岛杰生电气有限公司出产的T039封装的单颗280nm紫外LED,输出功率》0.6mW。

  ③探测器(Si):选用THORLABS出产的PDA10A EC高速探测器,适用波长规模200~1100nm,呼应时刻为1ns。

  ④信号扩大器:本试验选用的探测器本身就有信号滤波扩大效果,假如探测器挑选电流输出且无扩大功用的,需求挑选相应的信号扩大器。

  ⑤数字示波器:挑选泰克DP07054类型的存储示波器,带宽为500MHz。

  (2)驱动信号测验

  函数发生器33250A发生方波的上升/下降时刻小于5ns,占空比为50%,技能指标上标明可发生80MHz的方波。不同调制速率下的驱动信号如下图所示。

  

  图2 不同调制速率下的驱动信号

  试验成果显现,频率为30MHz的方波已接近于正弦波;频率为10MHz的方波,上升/下降沿具有显着的突起。触发信号的质量将直接影响紫外LED的调制信号,所以后期有必要研发调制速率高、信号质量好的方波信号发生器,作为紫外LED的专用驱动源。

  (3)高速探测器呼应

  本试验选用THORLABS出产的PDA10A EC类型探测器,适用波长规模为200~1100nm,呼应时刻为1ns。理论上可呼应频率为500MHz,占空比为50%的方波信号。

  试验成果如下图所示,图中幅值较高的曲线为驱动信号,幅值较低的曲线是探测器呼应。图(c)标明高速探测器能够精确地探测到紫外LED的10MHz调制信号。因而,选用紫外LED作为紫外光通讯的光源,可将数据传输速率提升至10Mb/s,经过选用专用的紫外LED驱动电源,有望得到更抱负的成果。

  

  图3 高速探测器对不同调制频率信号的呼应曲线

  紫外LED调制光谱特性

  紫外LED直流状况下的半波宽度一般小于12nm,为验证调制状况下紫外LED的光谱特性,本试验对青岛杰生电气有限公司的280nm紫外LED进行了调制光谱测验,测验原理如下图所示。

  

  首要仪器设备参数如下:

  (1)函数发生器、紫外LED:与图1中选用的设备相同。

  (2)紫外光谱仪:选用Horiba Jobin Yvon公司出产的iHR550类型光谱仪,光谱规模为200~1100nm,光谱仪分辨率为0.025nm;光谱精确度为±0.2nm;重复精度为±0.075nm。

  紫外LED不同调制速率下的光谱特性如下图所示,频率在50Hz和80Hz时,调制状况光谱与直流状况下的光谱相差较大,由于紫外光谱仪的采样频率大于紫外LED调制频率。

  

  图5 紫外LED不同调制速率下的光谱

  紫外LED的调制频率(100Hz)大于紫外光谱仪的采样频率时,紫外光谱仪得到的调制状况下和直流状况下的紫外LED光谱曲线根本共同。

  试验成果标明,紫外LED在调制状况下能够很好地坚持其光谱特性,保证其直流作业状况下的光谱在日盲区规模内就可使用于紫外光通讯体系。

  定论

  紫外LED具有体积小、寿命长、低压供电等特色,合适用作紫外光通讯光源。本文对紫外LED调制速率及调制光谱特性进行了充沛的试验研讨,成果标明紫外 LED的调制速率能到达10MHz,调制作业状况能很好的坚持其光谱特性,这些试验数据为紫外LED在紫外光通讯范畴的使用供给了有力的数据支撑。紫外 LED将在不久的将来广泛使用于紫外辐射、紫外光通讯等范畴。

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