專利名稱：便攜式無線激光通信端機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜式無線激光通信端機，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，是 一種以大氣作為信道、以激光作為載波的便攜式無線激光通信端機。
背景技術(shù)：
激光通信是以激光為載波進行語音、圖像和數(shù)據(jù)等信息傳遞。激光 與微波相比具有波長短、高相干性和空間定向性的特點，因此，決定了 激光通信的突出優(yōu)點大通信容量、低功耗、體積小、重量輕、高度的 保密性、強抗電磁干擾性。與光纖通信相比，無線徵光通信具有成本低、 布設(shè)方便、便于應(yīng)急通信等優(yōu)點，因此，自上世紀七十年代以來，無線 激光通信日益為人們所重視，國內(nèi)外研究者都開展了相關(guān)研究。
中國中山大學激光與光譜學研究所采用音頻、數(shù)字信號的調(diào)幅激光 制式工作實現(xiàn)大氣通信傳輸(技術(shù)成果編號89209283);中國電子科技大 學采用10. 6微米波長內(nèi)腔式二氧化碳激光器，實現(xiàn)定點雙工四線制三路 電話的大氣通信(技術(shù)成果編號88210414);中國科學院上海光學精密機 械研究所在"無線激光通信端機"專利(專利號ZL00217069. 8)中，提 出一種可實現(xiàn)與其它通信設(shè)施并網(wǎng)的通信端機；中國科學院上海光學精
密機械研究所在另一個專利"多發(fā)射光源自動跟蹤無線激光通信端機" (申請?zhí)?3116634.2)中，增加了信標光跟蹤系統(tǒng)。上述幾種方案的不 足之處在于需要另外提供單獨的瞄準通道來對實現(xiàn)光束精確對準，當 要獲得更遠的通信距離(大于2km)時需要平臺穩(wěn)定系統(tǒng)，造成通信端機 的體積和重量增加，不方便單人攜帶使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種 便攜式無線激光通信端機，是一種便攜式的、全雙工無線光通信設(shè)備， 具有通信對準與信號光接收合一、大功率激光發(fā)射等特點，實現(xiàn)語音、 數(shù)據(jù)的無線傳輸。
4本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種便攜式無線激光通信端機，包括按信號 處理順序連接的音頻電壓/功率放大器、編解碼器、微控制器、調(diào)制驅(qū)動 電路、半導體激光器、發(fā)射光學系統(tǒng)所述微控制器還連接信號后端處 理電路，該信號后端處理電路順序連接有光電探測器及前端處理電路、 接收光學系統(tǒng)；所述的音頻電壓/功率放大器還分別連接有拾音器及放音 器；所述的半導體激光器是脈沖半導體激光器；所述的發(fā)射光學系統(tǒng)對 半導體激光器發(fā)射的光束準直，準直后的發(fā)散角選值范圍為大于等于 1.5°小于等于12°;所述的光電探測器及前端處理電路中具有硅四象限探 測器，或銦鎵砷四象限探測器。所述的半導體激光器，其激光波長選值 范圍為大于等于900nm，小于等于1600nra。。
所述的接收光學系統(tǒng)包括有成像透鏡、窄帶濾光片。 所述的微控制器還有與外部設(shè)備相連的、用于數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)慕観 。
所述的光電探測器及前端處理電路還有前置放大器組、發(fā)光二極管 陣列、積分器組、比較器組、或門，用于提取信號光并通過發(fā)光二極管 顯示出入射光束的相對角位移量。
所述的半導體激光器為GaAs脈沖半導體激光器，其激光波長為 905nm。
所述的半導體激光器為GaAs脈沖半導體激光器，其激光波長為 1550nm。
所述的發(fā)射光學系統(tǒng)對半導體激光器發(fā)射的光束準直后的發(fā)散角 選值范圍為大于等于2°，小于等于10°
所述的四象限探測器由A、 B、 C、 D四個象限組成，探測器中心在 接收光學系統(tǒng))的光軸上，并處于離軸位置。
所述的接收光學系統(tǒng)有效通光口徑為50mm，接收視場角為2°，光 敏面直徑為4mm。
本發(fā)明便攜式激光通信端機的工作原理如下
語音信號由麥克風采集，經(jīng)音頻電壓/功率放大器電壓放大后，送 編解碼器進行AZD轉(zhuǎn)換，音頻數(shù)字信號與外部串口數(shù)據(jù)送給微控制器完 成復用，復用后的信號經(jīng)調(diào)制驅(qū)動電路和半導體激光器調(diào)制為激光信號， 通過發(fā)射光學系統(tǒng)完成信號光發(fā)射；接收信號時，激光信號被接收光學 系統(tǒng)聚焦在光電探測器上進行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)前端處理電路和后端處理電路處理后送微控制器解復用，語音信號經(jīng)編解碼器解碼和音頻電壓/功率 放大器放大后，通過耳機輸出。
本發(fā)明便攜式無線激光通信端機具有顯著的特點和有益效果，其優(yōu) 點如下
1. 采用硅四象限探測器或銦鎵砷四象限探測器作為光電探測器，同 時承擔了信號探測器和跟蹤探測器的作用，沒有使用光電二極管或雪崩 光電二極管作為信號傳感器，使通信對準與信號光接收的功能用一個接 收光學系統(tǒng)和一個探測器實現(xiàn)，減小了裝置的體積和重量；
2. 采用脈沖半導體激光器作為發(fā)射光源，利用其輸出光峰值功率高 的特點，可在較大的發(fā)散角的情況下實現(xiàn)遠距離激光通信。
3. 接收光學系統(tǒng)具有大的接收視場，使操作人員可以克服手持抖動 實現(xiàn)手持激光通信，省略了穩(wěn)定平臺和單獨的信標跟蹤裝置。
4. 實現(xiàn)信號光探測、對準一體化，無需單獨的瞄準通道對光束精確 對準，并且無需單獨的信標光跟蹤系統(tǒng)和穩(wěn)定平臺，使端機的體積和重 量滿足便攜的要求。


圖1是本發(fā)明便攜式無線激光通信端機結(jié)構(gòu)原理框圖； 圖2是光電探測器及前端接收電路工作原理示意圖。 圖中l(wèi)一拾音器，2—接口 3—計算機4一調(diào)制驅(qū)動電路， 5—半 導體激光器， 6—發(fā)射光學系統(tǒng)， 7—放音器， 8—音頻電壓/功率 放大器， 9—編解碼器， 10—微控制器， ll一信號后端處理電路， 12—光電探測器及前端處理電路， 13—接收光學系統(tǒng)， 14—前置放 大器組，15—發(fā)光二極管陣列，16—積分器組，17—比較器組，18—或 門，19一直流電源， 20—四象限探測器。
具體實施例方式
結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明如下
實施例1:如圖1、圖2所示， 一種便攜式無線激光通信端機，它有 按信號處理順序連接的音頻電壓/功率放大器8、編解碼器9、微控制器 10、調(diào)制驅(qū)動電路4、半導體激光器5、發(fā)射光學系統(tǒng)6，音頻電壓/功率 放大器8集成了音頻電壓放大器和功率放大器，分別對輸入音頻信號進行電壓放人和對經(jīng)過解碼的信號進行功率放大，編解碼器9對放大后的 模擬信號實現(xiàn)數(shù)字編碼，數(shù)字編碼方式可分為脈沖編碼調(diào)制PCM、參量編 碼調(diào)制和混合編碼調(diào)制，采用脈沖編碼調(diào)制時，編碼器要求支持8k/s及 其以上的采樣頻率、8bit數(shù)'f編碼，數(shù)據(jù)速率為64kbps;采用參量編碼 調(diào)制或混合編碼調(diào)制時，由于是壓縮編碼方式，因此速率在2.4kbps 16kbps的范圍內(nèi)。微控制器10接收來自編解碼器9的音頻編碼信號和來 A計算機3的數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)信號通過RS232接口傳輸并轉(zhuǎn)換為TTL電 平信號。微控制器10對音頻和數(shù)據(jù)信號復接后送給調(diào)制驅(qū)動電路4，調(diào) 制驅(qū)動電路4把數(shù)據(jù)信號整形，變換成適合激光傳輸?shù)碾娖叫盘枺?qū)動
半導體激光器5發(fā)射激光信號；所述微控制器IO還連接信號后端處理電
路u，該信號后端處理電路11順序連接有光電探測器及前端處理電路 12、接收光學系統(tǒng)13;所述的音頻電壓/功率放大器8還分別連接有拾音 器1及放音器7，該拾音器1是外置的麥克風，也可以是內(nèi)藏的麥克風， 放音器7是外部線連接的耳機，也可以是內(nèi)部設(shè)置的揚聲器，麥克風1 與耳機7作為音頻信號輸入、輸出設(shè)備，可為集成式頭戴耳麥；所述的 半導體激光器5是脈沖半導體激光器；所述的發(fā)射光學系統(tǒng)6對半導體 激光器5發(fā)射的光束準直，準直后的發(fā)散角選值范圍為大于等于1.5°小 于等于12°，本實施例為2°;所述的光電探測器及前端處理電路12中具 有硅四象限探測器，或銦鎵砷四象限探測器，本實施例為硅四象限探測 器，作為光電探測器，同時承擔了信號探測器和跟蹤探測器的作用，可 探測信號光并探測入射光束的角度偏移量，具有大的接收視場。探測器 接收到的光斑被四個象限分成四部分，每個象限相當于一個獨立的光電 探測器，各個象限上的光斑大小不同，則各個象限產(chǎn)生的光電流也不相 同。四個象限的電流信號送給前置放大器組14分別進行電壓放大，放大 后的電壓信號送給積分器組16進行脈沖展寬，然后驅(qū)動發(fā)光二極管陣列 15顯示出來，發(fā)光二極管陣列由四個發(fā)光二極管組成，它們可根據(jù)電壓 大小對發(fā)光的亮度或顏色進行調(diào)制，根據(jù)亮度或顏色的對比，即可直觀 地反映出入射光束的相對角偏移量。前置放大器組14出來的電壓信號同 時送給比較器組17，通過與設(shè)定的閾值電壓比較對信號進行濾波處理， 然后送或門18,得到通信信號。半導體激光器5出射光束的發(fā)散角為3°， 光斑形狀為圓形，發(fā)射口徑為20nm。所述的半導體激光器5，其激光波 長選值范圍為大于等于900nm，小于等于1600nm，這種激光器的峰值發(fā)
7射功率遠大于連續(xù)半導體激光器和采用光纖放大器的主振功放(M0PA) 形式，本實施例所述的半導體激光器5為GaAs脈沖半導體激光器，其激 光波長選為905nffl。所述的接收光學系統(tǒng)13有成像透鏡、窄帶濾光片。 發(fā)射光學系統(tǒng)6起著對光束整形擴束的作用，通常需要幾片透鏡組成鏡 頭組。接收光學系統(tǒng)13起收集、匯聚信號光的作用，由接收物鏡和窄帶 濾光片組成。在光電探測器及前端處理電路12中，采用硅的四象限探測 器進行光電轉(zhuǎn)換；前端處理電路對信號進行放大、整形并提取角度偏移 量信息。后端處理電路11對模擬信號完成A/D轉(zhuǎn)換送給微控制器10解 復用，再經(jīng)編解碼器9、音頻電壓/功率放大器8、耳機7得到接收的音 頻信息。所述的微控制器10還有與外部設(shè)備相連的、用于數(shù)據(jù)信息傳輸 的接口 2，本實施例選為RS232接口，通過該接口2與計算機3連通。 所述的光電探測器及前端處理電路12還有前置放大器組14、發(fā)光二極管 陣列15、積分器組16、比較器組17、或門18，用于提取信號光并通過 發(fā)光二極管顯示出入射光束的相對角位移量。所述的四象限探測器20由 A、 B、 C、 D四個象限組成，探測器中心在接收光學系統(tǒng)13的光軸上，并 處于離軸位置。所述的接收光學系統(tǒng)13有效通光口徑為50mm，接收視場 角為2°，光敏面直徑為4mm;電源19為直流電源。本發(fā)明效果顯著通 信速率為2. 4kbps 100kbps，工作距離為3km，誤碼率低于10 —9。激光
峰值功率為70W;試驗結(jié)果表明便攜式無線激光通信端機的通信速率為
2. 4kbps 100kbps，工作距離為3km，誤碼率低于10—s。
實施例2:與實施例1不同的是半導體激光器5為GaAs脈沖半
導體激光器，其激光波長為1550nm;發(fā)射光學系統(tǒng)6對半導體激光器5
發(fā)射的光束準直后的發(fā)散角選值為10°;探測器為銦鎵砷四象限探測器。 實施例3:與實施例1不同的是半導體激光器5激光波長為
1600nm;發(fā)射光學系統(tǒng)6對半導體激光器5發(fā)射的光束準直后的發(fā)散角
選值為5°;探測器為硅四象限探測器。
實施例4:與實施例1不同的是半導體激光器5激光波長為
1000nm;發(fā)射光學系統(tǒng)6對半導體激光器5發(fā)射的光束準直后的發(fā)散角
選值為12°;探測器為銦鎵砷四象限探測器。
權(quán)利要求
1.一種便攜式無線激光通信端機，其特征在于包括按信號處理順序連接的音頻電壓/功率放大器(8)、編解碼器(9)、微控制器(10)、調(diào)制驅(qū)動電路(4)、半導體激光器(5)、發(fā)射光學系統(tǒng)(6)；所述微控制器(10)還連接信號后端處理電路(11)，該信號后端處理電路(11)順序連接有光電探測器及前端處理電路(12)、接收光學系統(tǒng)(13)；所述的音頻電壓/功率放大器(8)還分別連接有拾音器(1)及放音器(7)；所述的半導體激光器(5)是脈沖半導體激光器；所述的發(fā)射光學系統(tǒng)(6)對半導體激光器(5)發(fā)射的光束準直，準直后的發(fā)散角選值范圍為大于等于1.5°小于等于12°；所述的光電探測器及前端處理電路(12)中具有硅四象限探測器，或銦鎵砷四象限探測器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線激光通信端機，其特征在 于，所述的半導體激光器(5)，其激光波長選值范圍為大于等于900nm， 小于等于1600nm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線激光通信端機，其特征在 于，所述的接收光學系統(tǒng)(13)包括有成像透鏡、窄帶濾光片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線激光通信端機，其特征在 于，所述的微控制器(10)還有與外部設(shè)備相連的、用于數(shù)據(jù)信息傳輸 的接口 (2)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線激光通信端機，其特征在 于，所述的光電探測器及前端處理電路(12)還有前置放大器組(14)、 發(fā)光二極管陣列(15)、積分器組(16)、比較器組(17)、或門(18)， 用于提取信號光并通過發(fā)光二極管顯示出入射光束的相對角位移量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式無線激光通信端機，其特征在 于，所述的半導體激光器(5)為GaAs脈沖半導體激光器，其激光波長 為 905nm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式無線激光通信端機，其特征在 于，所述的半導體激光器(5)為GaAs脈沖半導體激光器，其激光波長 為1550nm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線激光通信端機，其特征在于，所述的發(fā)射光學系統(tǒng)(6)對半導體激光器(5)發(fā)射的光束準直后 的發(fā)散角選值范圍為大于等于2°，小于等于10°
9、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式無線激光通信端機，其特征在 于，所述的四象限探測器(20)由A、 B、 C、 D四個象限組成，探測器 中心在接收光學系統(tǒng)(13)的光軸上，并處于離軸位置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的便攜式無線激光通信端機，其特征在 于，所述的接收光學系統(tǒng)(13)有效通光口徑為50mm，接收視場角為 2°，光敏面直徑為4mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜式無線激光通信端機，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。包括拾音器、放音器、音頻電壓/功率放大器、編解碼器、微控制器、調(diào)制驅(qū)動電路、半導體激光器、發(fā)射光學系統(tǒng)、信號后端處理電路順序連接有光電探測器及前端處理電路、接收光學系統(tǒng)；所述的半導體激光器是脈沖半導體激光器；所述的發(fā)射光學系統(tǒng)對半導體激光器發(fā)射的光束準直，準直后的發(fā)散角選值范圍為大于等于1.5°小于等于12°；所述的光電探測器及前端處理電路中具有硅四象限探測器，或銦鎵砷四象限探測器。本發(fā)明實現(xiàn)信號光探測、對準一體化，無需單獨的瞄準通道對光束精確對準，并且無需單獨的信標光跟蹤系統(tǒng)和穩(wěn)定平臺，使端機的體積和重量滿足便攜的要求。
文檔編號H04B10/10GK101656574SQ200910063238
公開日2010年2月24日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者峰 孫, 鑫 張, 鄧代竹, 偉 陳, 凡 高 申請人:中國船舶重工集團公司第七一七研究所