摘要：紫外无线通讯是一种新式通讯办法，为完成紫外无线通讯体系要害光器材选型的意图，根据日盲紫外光的传达特性，合理建立体系结构，对体系结构中需求的光器材选用作业原理、特性剖析比照等办法，完成了该体系紫外光源、紫外勘探器及紫外滤波片三种要害光器材的合理挑选。日盲紫外光器材的选型为紫外无线通讯体系全体完成供给了根据。
要害词：紫外无线通讯；日盲紫外光；紫外光源；紫外勘探器；紫外滤光片
跟着通讯技能的快速开展，无线通讯保密性较差以及有线通讯出资大、难以建造、易于受损坏的缺陷日益凸显，自由空间光通讯也因可靠性较差而在运用上有必定局限性。近年来，日盲区紫外通讯因其低偷听、全方位、低位辨以及抗搅扰能力强的长处成为业界研讨方向之一，文介绍了日盲紫外无线通讯体系的底子结构，要点剖析了该体系要害光器材的选型计划。
1 紫外无线通讯体系结构
波长坐落200～280 nm谱段的太阳辐射被臭氧层激烈吸收，因而这个谱段的紫外辐射在海平面邻近简直衰减为零，一般将该波段称为“日盲区”。紫外无线通讯底子原理便是运用日盲区紫外光进行通讯不会遭到太阳紫外光搅扰这一特性。
紫外无线通讯体系是以日盲区紫外光为载波，信息经电信号调制后加载到紫外光上，然后大气作为信道来传输信息的通讯体系。该体系与传统通讯体系比较，最底子的特色是传输媒质用紫外光替代了无线电，这就导致其调制和解调的办法与传统通讯体系有着较大差异，体系一般选用OOK调制办法。如图1为紫外无线通讯体系全体规划计划。计划中，紫外无线通讯体系发送端用调制后的电信号经过紫外光源激宣布紫外光信号，接纳端滤光片接纳日盲紫外信号并滤除非日盲波段的搅扰，紫外勘探器进行光／电转化，再将电信号进行解调处理。
2 发射端光器材选型
紫外光源是发射端要害的光器材，其特性决议整个体系的功用。紫外光源的挑选一般需求考虑：选取紫外光源的类型；是否便于体系接纳部分对光信号的对准、捕获和盯梢；紫外光源应与发送端光调制部分联络在一起归纳考虑；是否易于带着性、其易碎性、呼应速度、功耗、对人体的辐射以及价格等要素。现在，常用的日盲区紫外光源有3大类：紫外光灯、紫外激光器和紫外发光二级管(紫外LED)。
2．1 紫外光灯
一般充气汞灯运用汞蒸气放电发生紫外辐射，根据汞蒸气的气压凹凸，将充气汞灯分为低压充气汞灯和高压充气汞灯。低压充气汞灯的光源简单取得，它的输出功率小，紫外光能量会集在254 nm。这种灯不光能够制成不同的形状和巨细，并且还可在灯管内恰当方位设置反光镜，经过增强特定方向上光源亮度完成定向辐射，使其发射功率高达几十瓦乃至上万瓦。可是，它需求高压镇流器并在设置反光镜，方能实
现定向辐射。
与低压充气汞灯比较，高压充气汞灯的特色是功率密度大，功率高且规模宽，发射光谱能量的散布坐落中、长波紫外及可见光规模。作为紫外无线通讯的光源，高压充气汞灯的缺陷不容忽视：如易碎、寿数较短、高压驱动、难以完成高速率时OOK直接调制、会发生附加谱线、波长254nm时转化功率太低。
气体紫外灯的特色可总结为：价格相对廉价、发射功率大、激起电压高、不易高速驱动、体积大且易碎、寿数短。适用于小型基站式的紫外无线通讯构架。
2．2 紫外激光器
紫外激光器具有坚固经用的显着长处，但由于激光的方向性好，激光的能量会集在一处，对人体的辐射相当严重，一起功率转化功率很低，电源巨大，不易带着、价格昂贵、运用寿数短等缺陷也十分显着。因而它并不适用于低本钱、低功耗的运用场合，因而在局域无线非视距通讯方面的运用遭到较大约束。
2．3 紫外发光二极管
紫外发光二极管(紫外LED)战胜了前两者作为紫外通讯光源的缺陷，具有易于驱动、呼应速度快、功耗低、不易碎、体积小、重量轻、经济经用等长处。虽然现在已研制出的单个紫外LED的输出功率偏小，但选用紫外LED阵列能够战胜这个缺陷。
在归纳剖析了紫外光源挑选准则、各种紫外光源特色以及实用性的基础上，考虑到波长在250 nm邻近的紫外LED作为本计划的光源比较适宜，据了解，现在只要美国SET公司出产出了商用的UV-C波段(本日盲波段)LED。该公司UV TOP LED是一系列的紫外和深紫外LED，它们的波长坐落240～400 mm规模、功率在1．50 mW左右，紫外光功率为数百微瓦量级。
根据镜面形状，UV TOP LED一般分3类：平窗镜面型、球形镜面型和椭球镜型。平窗镜面型散射性好，球形镜面型会聚性好，椭球镜型散射介于二者之间。为了有用运用LED的会聚性，进步光源的功率运用率，延伸通讯间隔，本计划选用球型镜面型LED。一起，由于单个LED功率偏小，无法满意实践运用环境的功率要求，本计划可选用LED阵列补偿缺乏。
根据UV TOP LED的光电、频谱及温度特性，本计划选用紫外UV TOP TOP255系列中的TO39 BL。该类型LED在T=25℃、前相电流I=20 mA时，直流功耗为150 mW、正向直流为30 mA、反向电压6 V、波长规模255～264 nm、输出光功率300 μW、正向电压6．5 V。
3 接纳端光器材的选型
3．1 紫外勘探器
在接纳端，紫外勘探器将接纳到的紫外光转化成所要求的电流或电压波形。在日盲紫外通讯中，抱负的紫外勘探器应有较大的勘探面积，高的透过率、极低的暗电流密度和日盲功用。现在，日肓区紫外勘探器主要有雪崩光电二极管(APD)、通道光电倍增管(CPM)和光电倍增管(PMT)3种。
3．1．1 雪崩光电二极管
雪崩二极管APD的增益是经过磕碰电离完成的，磕碰电离导致光载流子成倍增加。它是具有高增益、高速度的光电勘探半导体器材。与PMT比较，APD有较高的量子功率，但暗电流要高5—6个数量级。
3．1．2 通道光电倍增管
通道光电倍增管CPM是一种新式的光勘探器，它经过在端窗式光窗口内外表装置一个半透明的光电阴极，将接纳到的十分弱小的入射光转化成光电子，然后光电子从阴极穿过一个狭隘且曲折的半导体通道抵达阳极，光电子经过屡次碰击曲折通道的内外表而发生类似于PMT的雪崩效应，发射出倍增的二次电子。曲折的玻璃管形状可使增益到达108。
CPM具有超高活络度，其阳极活络度与通用的光电倍增管比较进步一个数量级，暗电流下降两个数量级，动态规模大，噪声电平极点安稳。适用于高功用的场合。与APD和PMT比较，虽然CPM功用杰出，但其产值较小、价格昂贵，因而大大约束了它的适用规模。
3．1．3 光电倍增管
光电倍增管PMT经过对分立光子发生的电脉冲来进行光量丈量。其二次发射增益能够到达，特别对单个光子的能量比较活络，呼应速度极高，经过凭借电子计数办法可检测到入射光子数目，然后完成极弱光强和通量的丈量，其在弱小光信号勘探和快速脉冲弱光信号勘探方面起着显着效果。
现在，日盲型紫外PMT的光电阴极为碲化铯和碘化铯，这两种资料对太阳和地表辐射不灵敏，在紫外区呼应规模为100～280 nm，但一般PMT在波长大于280 nm外的阴极活络度仍较高。为此，日本滨松出产的改进型日盲紫外PMT在日盲区外量子功率下降了一半，带外活络度是一般PMT的1％，对日盲区和可见光的阴级活络度相差3个数量级，比较合适紫外无线通讯运用。
在归纳考虑APD、CPN、PMT的器材功率、功耗和本钱等要素的基础上，不难看出PMT具有显着优势，本计划选用滨松出产的PMT，因其在日盲区具有杰出的量子功率和阴级活络度，且在日盲区外活络度和量子功率下降极快，满意日盲紫外无线通讯体系的需求。
3．2 紫外滤光片的挑选
紫外无线通讯在进行信号发射和接纳时，为了减小各种弧光放电搅扰源发生的紫外辐射搅扰，进步有用光信号信噪比，应采纳相应措施关于扰源进行屏蔽。由于日盲紫外滤光片具有杰出的透过率，本计划选用根据干与原理的窄带日盲紫外滤光片，将其装置在紫外勘探器前滤除日盲紫外波段以外其它波段的搅扰，以下降布景噪声，进步体系接纳信噪比。现在商用的日盲紫外滤光片，其通带多坐落200～300 nm之间，这对其他波长紫外搅扰可起到很好的滤除效果。别的还可选用日盲资料的光学主镜进行组合式滤光来进步体系的滤光功用。
实践运用中，挑选滤光片应归纳考虑的要素主要有：接纳端接纳信号的波长规模；发射端紫外光源的光谱辐射能量散布；其他紫外辐射源搅扰，一起还应考虑到由于紫外滤光片在通带的能量透过率低，使得由进步光学体系主镜口径带来的光学增益下降，而大口径的光学体系由于会集较大能量，导致后级窄带滤光片温度上升，以致损坏等要素。
紫外滤光片根据作业原理的不同分为两类：干与紫外滤光片和吸收紫外滤光片。干与紫外滤光片运用多层介质膜中光的干与效果，得到信号光的高透过和布景光的高截止。吸收紫外滤光片由一系列具有特别吸收光谱特性的无机盐、有机染料和有色玻璃结合透紫外基底构成，它对信号光波段简直全透过，而对布景光的某个波段强吸收。经过对两种滤光片的功用比照剖析，干与紫外滤光片信号透过率较高，但布景透过率远大于吸收滤光片，因而只能契合短间隔通讯要求；而吸收紫外滤光片则契合较长间隔的通讯要求，能够到达真正日盲条件，满意大气光散射通讯全天候作业的需求。
以色列OFIL公司出产的日盲紫外滤光片SB—AF在日盲频段透过率杰出，SB—AF在256 nm左右的透光功用最强，而带外滤光功用十分好，这可削减其它光源的搅扰，进步接纳信噪比，满意计划要求。
4 结束语
本文介绍了日盲紫外光无线通讯的底子原理及紫外光无线通讯体系结构，然后在剖析紫外光灯、紫外激光器以及紫外LED的特性的基础上，完成了接纳端日盲紫外光源的选型，接纳端光器材包括紫外勘探器和滤光片，结合紫外通讯体系的需求，经过剖析比照，完成了接纳端光器材的选型。日盲紫外光器材的选型为紫外无线通讯体系全体完成供给了根据。
