具有双路输出的高速超宽带光接收模块的研究

研制了一种高速超宽带光接收模块.该模块由交流信号和直流信号两路输出组成:交流部分采用了集成的PIN-TIA组件以及宽带微波放大器,交流光电转换的响应度达到了1 500V/W,上升时间缩短至82 ps,即带宽达到4.2 GHz;直流部分由PIN探测器和跨阻放大器组成,直流光电转换的响应度达到了1 500 V/W.文章重点介绍了系统的设计方案、工作原理、参数设计以及特性曲线分析,并且对测试得到的主要参数进行了总结分析.     

一种LD激光测距回波探测电路的设计

雪崩光电二极管APD(avalanche photo detector)因其具有很高的内部增益,是目前LD(Laser diode)激光测距中最常用的光电探测器件.挖掘激光测距系统的探测能力、提高探测概率的最终途径是提高激光回波信号的信噪比.从LD激光测距的特点出发,在分析了APD光电探测电路噪声的基础上,结合脉冲回波信号的特征,利用微弱信号检测的理论,提出了一种利用相关检测来提高回波信号信噪比的检测电路.结果表明,回波信号的信噪比有了一定提高,且结合了自动增益控制电路,为后续的时间间隔测量的精度提供了保证.     

超宽带光电探测器研究进展

光电探测器在许多应用中发挥着关键作用,例如遥感、夜视、侦察、医学成像、热成像和化学检测。随着光电探测任务的逐渐复杂化,工作在不同波段的光电探测器逐渐被集成用于对同一场景的宽光谱探测。受限于集成系统的体积和任务模块,常规的宽谱探测任务往往需要多个不同波段的探测器协同工作,极大增加了系统复杂度,因此具有超宽带探测（紫外-可见-红外-太赫兹）能力的光电探测器逐渐成为国际研究的前沿热点。但是迄今为止,有关超宽带光电探测器的综述还没有见诸报道。因此,本文系统整理了超宽带光电探测器在过去十年的研究进展。文章首先介绍了衡量光电探测器响应性能的指标以及常见光电探测器的主要类型,在此基础上重点回顾了不同类型超宽带光电探测器的研究进展、发展现状、面临的挑战,并展望了未来的研究方向。     

自适应增益光电探测电路设计

在激光模拟实兵对抗系统中,为解决传统光电探测电路受环境影响大,系统不稳定、检测效能低的问题,设计了一种基于单片机的增益自适应光电探测电路。在传统光电探测电路的基础上改用两个对称分布的跨阻放大反馈电路,消除光电探测器偏置分量,抑制前置放大电路的系统噪声;采用自动增益控制电路使不同射击距离下输出信号幅值保持稳定;采用多级滤波的方式去除信号的直流分量并有效抑制背景噪声,为信号的进一步处理提供准备。通过实验验证与TINA-TI仿真分析结果表明,该光电探测电路可以实现增益自适应变化,在不同入射距离下输出电压幅值基本稳定在2 V左右。其性能明显优于传统固定增益电路,极大地提高了对光电信号的探测能力,该结果验证了本文提出的光电探测电路设计的科学性和可行性。     

用EDFA提高激光雷达的信噪比

提出了掺铒光纤放大器(EDFA)应用于激光雷达接收系统光学前置放大器以提高雷达探测性能和作用距离的方法.回波信号功率是影响雷达探测分辨率的因素,它随着探测距离的增大而减小.讨论了光电检测前放大回波信号的技术,结合激光雷达回波信号的特点对EFDA主要应用特性(增益特性、噪声特性)进行理论分析.建立了雷达信号传输模型,讨论了大气消光与大气湍流对回波信号的影响.将PIN-FET用作光电探测,给出了没有采用光放大和采用EDFA光学前置放大情况下的信噪比.数值模拟结果显示,将EDFA用作激光雷达接收机极大地提高了雷达系统的信噪比,探测距离越远探测性能的改善越明显.     

基于AGC方法的软判决LDPC译码器输入匹配电路

针对低密度奇偶校验码(LDPC)译码器性能受输入软信息电平抖动影响较大的问题,本文提出一种基于自动增益控制(AGC)方法的输入匹配电路,能够跟踪输入的信号电平变化动态调整信号幅度,使解调器与LDPC译码器始终工作在最佳匹配状态.此方法及AGC结构匹配电路模块已用于实现高速超宽带(MBOK-UWB)无线通信系统接收机的LDPC译码器,系统仿真和实际测试结果均表明,上述方法有效提高了系统的误比特性能.     

超宽带信号实时脉冲压缩的工程实现方法

超宽带雷达具有极高的分辨率，已成为一种新的探测目标工具。由于其信号带宽宽，对回波信号进行实时脉冲压缩处理是个技术难点。本文介绍了以通用数字信号处理模块为硬件平台，采用全去斜的脉冲压缩处理方法和并行处理技术来实现超宽带信号的实时脉冲压缩处理。     

一种超宽带高速跳频信号实时非合作接收机

提出一种基于模数混合信道化宽带处理和实时流水处理技术的超宽带高速跳频信号实时非合作接收机结构,采用基于无盲区数字信道化、多通道数据融合的频率跳变时刻估计算法和针对差分相移键控(SDPSK)信号的实时解调方法,解决了超宽带高速跳频信号的实时解跳和解调难题。为进一步验证所提出结构和算法的有效性,设计并实现了一种针对2 GHz,20 000 Hop/s跳频信号的超宽带高速跳频实时非合作接收机。测试结果表明:该接收机能实现对超宽带高速跳频信号的实时解跳和解调。     

基于光电传感器的智能灯控系统的设计

文章设计了一种基于光敏电阻和光电传感器的智能灯控系统.本系统主要包括两部分,一部分是以光敏电阻为主要功能元件的模块,其作为检测系统的启动开关,另一部分则是检测系统,其在晚上对是否有人通过进出口进行探测,并控制灯的亮或熄.一旦光线强度足够低,检测系统启动,然后由光电传感器进行实时探测,并向微控制器发送信号,微控制器对其信...     

1-bit采样超宽带系统关键模块的ASIC实现与优化

本文研究了一种新的超宽带系统方案--1-bit采样的超宽带系统方案,在接收端它通过对接收信号进行--bit采样、同步,信道估计和信号检测来恢复出发送信号,文中从系统整体对脉冲超宽带信号产生与接收的处理进行了原理分析,然后通过HDL建模设计了系统和模块的功能,对接收核心模块进行了ASIC设计,并通过门控时钟、操作数隔离、门级功率优化的方法对设计进行了综合优化,显著降低了系统的功耗.     

高速多光谱辐射测温系统研制

为了解决非接触测温系统中常见的成本高昂、系统复杂、实用性差、响应速度慢等问题, 采用多光谱测温和快速响应光电探测技术, 设计了一套低成本高速多光谱辐射测温系统。利用高速微弱光信号采集模块、高速模数转换芯片、高性能可编程门阵列和同步动态随机存取内存保证了微弱光信号的高速转换、同步采集、大容量缓存, 具备纳秒级变化温度场的测量能力。结果表明, 测温误差小于±1%, 时间分辨率可达到50ns。这一结果对于快速变化温度场的测量是有帮助的。     

光电跟踪设备中光纤通信系统设计

为实现高数据传输率、强抗干扰性和超低误码率的目标,采用光纤通信技术传输高帧频、高分辨力的数字图像数据。本设计针对Cameralink接口红外图像数据源,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)控制的自适应分辨率和帧频的光纤收发系统,采用了低成本SPARTAN6器件XC6SLX45、串并转换芯片组DS90UB903/904、小型化单模小封装可插拔(SFP)单纤双向收发光模块,实现了双路图像光纤收发功能。其中FPGA接收Cameralink接口图像数据,进行图像转换处理,再通过内部集成电路(I2C)总线控制串并转芯片组实现自适应图像串行化和解串功能,并驱动光模块实现光电转换。本设计实现了分辨率640×512、帧频100 Hz红外图像数据的发送和接收功能,并通过了各项环境试验,已应用于实际型号项目中。     

Monolithic ultra-broadband transimpedance amplifiers usingAlGaAs/GaAs heterojunction bipolar transistors

Monolithic ultra-broadband transimpedance amplifiers are developed using AlGaAs/GaAs HBTs. To realize good amplifier performances, two factors are mentioned: an affordable HBT fabrication process using the self-aligned method and an optimized circuit design considering large signal operations. The developed HBT fabrication process achieves excellent uniformity in DC characteristics and the effect on amplifier microwave performances, derived from the discrete device uniformity, is estimated. Amplifier circuit configurations are designed by harmonic balance simulation using the extracted large signal device parameters The fabricated amplifier exhibits a DC to 13.4-GHz bandwidth with an 18.1-dB gain. Fairly good uniformity is also achieved for the amplifier microwave performances. An optical receiver module is constructed mounting the developed HBT amplifier and InGaAs p-i-n photodiode chips. The optical receiver module provides a 9.4-GHz bandwidth and an optical receiver sensitivity of -15.7 dBm at 10-Gb/s data rate     

具有连续自动温度补偿功能的10Gb/s光收发模块

设计并制作了一种10Gb/s光收发模块,在宽温度范围内能够保持稳定的光功率和消光比。基于背电流和光功率的换算比例,计算其偏置电流修正值和调制电流修正值,实现了光模块运行过程中激光器的工作参数可自动连续调节。通过高速电路信号仿真设计,解决了信号完整性、串扰和电磁兼容等问题。光模块收发通道可以独立工作,传输速率可达10Gb/s,实现了光模块高速率、高稳定性以及小体积设计,为甚短距离高速数据传输和处理提供了高可靠性的数据链接。     

多波长相干光注入锁定的波长跟踪自动化控制

本文基于全网光同步的超密集波分复用无源光网络(ultra-dense wavelength division multiplexing passive optical network, UDWDM-PON),对多波长注入锁定的稳定性进行了研究,提出了一种波长跟踪控制方法：用光电探测器(photo-diode, PD)接收从激光器(slave laser diode, SLD)的光信号并进行滤波与检波处理,所得信号用于建立SLD参数分布模型并进行线性扫描控制。该方法经基于LabVIEW程序控制与数据采集(data acquisition, DAQ)的仪器实验验证后,对相关驱动电路进行了模块化改良,采用基于微控制单元(microcontroller unit, MCU)的控制,使得该控制模块具有更高控制精度、更易封装的特点,从而能更好应用于多波长光的多路注入锁定当中。本文采用主动锁模激光器(mode-locked laser, MLL)作为多波长光源,对双路SLD的注入锁定进行了验证与对照实验,结果表明：在相同注入条件下,采用波长跟踪控制模块的注入锁定组具有更佳的稳定性。     

40 Gbit/s多路并行光收发模块的研制

基于VCSEL激光器阵列和PIN探测器阵列,设计和制作了40Gbit/s甚短距离的4通道发射4通道接收并行光收发模块.通过高速电路信号仿真设计,解决了信号完整性、串扰和电磁兼容等问题;通过键合金丝长度设计增加了通道带宽.光模块单通道传输速率可达到5 Gbit/s,8通道并行总传输速率达到40Gbit/s,实现了并行光收发模块高速率、高密度、高可靠性以及小体积设计,为甚短距离高速数据处理和传输提供了高可靠的多路数据链接.     

串行光纤数据总线技术的开发研究

详细论述了所开发的串行通信链路的开发过程及设计方案。从光通信链路入手,在研究了相关串行通信接口协议的基础上,通过相关的发射和接收接口电路设计,开发了相应的光电转换接口模块,并对其进行了相关的基带传输性能测试和数据通信测试。测试结果表明,所开发的光通信设备可稳定工作在460.8 kb/s。该光电转换接口设备是为了配合用于小型无人直升机的光传数字舵机的验证而开发,它以光信号的形式传输飞控计算机至舵机的控制指令,并返回舵机位置传感器信号。飞控计算机端电气接口采用RS-232标准,舵机控制器端采用RS-485接口标准,通信波特率为9600 b/s。通过其在直升机贴地飞行光传操纵半物理仿真平台上的验证表明,所开发的光电接口设备兼容两种串行接口,能够满足验证工作的需要。     

超宽带信号的光学产生方法以及应用

为了实现跨越不同网络的无间断服务和随时随地的高速率数据接入,提出了采用光学方法产生超宽带信号的技术,该技术的采用避免了额外的电光或者光电转换,节省了系统资源,有益于全光网络的形成。基于国内外的诸多研究成果,首先对利用光学方法产生超宽带信号的技术方案进行了认知与分析,在此基础上,以元器件为分类标准归纳总结出三类在光领域中产生超宽带信号的方法;然后结合实例对超宽带信号进行了应用分析,证明了超宽带信号的实用性与优越性;最后指出了超宽带系统未来的发展趋势以及存在的问题。     

Direct Attach of Photonic Components on Substrates With Optical Interconnects

Direct attach of lasers and photodiodes on boards with optical interconnects can facilitate high-density packaging of high-speed optical components. For the technology demonstration, test chips are assembled by means of optical polymer pillars on substrates with embedded arrays of waveguides (WGs) and 45deg mirrors. The light couples vertically though the optical pillars enabling 1.5-dB reduction of the WG-to-chip coupling loss to 0.5dB. The insertion loss of the module tested is less than 2 dB and 10-Gb/s signal transmission through the module is demonstrated with bit-error rate <10^-12. Three-dimensional finite-element analysis provides results on the stress distribution in the displaced pillars of different shapes     

基于光电二极管反偏的光电检测电路的噪声分析

噪声性能是限制光电检测电路探测能力的重要因素,针对这个问题,设计了基于光电二极管反偏的光电检测电路并分析其电路噪声,分析噪声时,创新性地从光电检测电路结构出发,将整个电路等效为光电二极管、晶体三极管、运算放大器三个级联模块,详尽分析了每个模块的噪声来源及其相关因素,计算每个模块的输出噪声,最终得出整个电路的输出噪声电压模型。根据输出噪声电压模型,确定了电路的各项参数,预估电路的输出噪声电压,最后,搭建实际电路,测量电路的噪声性能,验证了输出噪声电压模型的准确性,实现低噪声光电检测电路的设计。