紫外LED比可見光通信更保密和安全
文章來源:恒光電器
發(fā)布時間:2016-02-26
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目前紫外光源已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療殺菌、熒光光譜分析、生物分析/檢測、水處理等領(lǐng)域，家用照明，其中紫外光源的殺菌特性早在17世紀(jì)初期就被發(fā)現(xiàn)，紫外熒光管技術(shù)在18世紀(jì)50年代開始應(yīng)用，這些技術(shù)采用的紫外光源均是氣體放電燈（如低壓汞燈）。
紫外光通信作為一種新型的軍事通信系統(tǒng)，具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、非視距通信以及全方位通信等優(yōu)點，成為國內(nèi)外軍事技術(shù)人員研究的焦點。然而常規(guī)紫外光源（低壓汞燈）存在體積大、壽命短、調(diào)制速率低、易碎等缺陷，限制了紫外光通信的發(fā)展。為解決紫外光通信光源問題，辦公照明，美國國防預(yù)先研究計劃局（DefenseAdvanced Research Projects Agency,DARPA）于2002 年啟動了研制可變波長的晶體管紫外光發(fā)射器的項目，并成功研制出波長為274 nm的日盲區(qū)紫外光發(fā)光二極管（UVED.與低壓汞燈相比，恒光電器,照亮您的生活，紫外LED具有體積小、壽命長、低壓供電、可以數(shù)字調(diào)制等優(yōu)點。
紫外LED優(yōu)異的特性使其一經(jīng)問世就被應(yīng)用于紫外光通信領(lǐng)域，店鋪照明，麻省理工大學(xué)于2005年利用DARPA制造的274 nm 紫外LED 作為光源，研制了一套紫外光通信實驗樣機(jī)，非直視通信，在100 m的范圍內(nèi)通信速率為200 b/s;以色列本固里安大學(xué)、英國航太系統(tǒng)公司、加利福尼亞大學(xué)等其他科研單位也建立了基于紫外LED的紫外光通信系統(tǒng)。但是他們研究工作的具體情況和技術(shù)細(xì)節(jié)均處于高度保密狀態(tài)。
2010年國內(nèi)首條波長280 nm的深紫外發(fā)光二極管（UVED）生產(chǎn)線實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)，2011年青波長280 nm深紫外LED 模組標(biāo)定輸出功率超過32 mW,這些研究成果促進(jìn)了紫外LED 在紫外光通信領(lǐng)域的應(yīng)用。
2010 年重慶大學(xué)搭建的紫外光通信系統(tǒng)調(diào)制速率達(dá)到7 Mb/s,2010年中科院空間與應(yīng)用研究中心利用紫外LED陣列搭建了紫外光圖像傳輸實驗系統(tǒng)。
1 紫外LED 調(diào)制速率特性
紫外光通信系統(tǒng)研制單位對外公布的技術(shù)指標(biāo)均為系統(tǒng)級參數(shù)，如數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸距離及誤碼率等；紫外LED 生產(chǎn)商也僅對出廠產(chǎn)品的直流參數(shù)進(jìn)行測試，口碑，如工作電壓/電流、峰值波長及半寬度等。而紫外光通信系統(tǒng)的光源只有在調(diào)制狀態(tài)下工作才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，對紫外LED的調(diào)制速率、調(diào)制光譜等調(diào)制特性進(jìn)行研究， led服裝照明，將會促進(jìn)紫外LED在紫外光通信領(lǐng)域的應(yīng)用。
1.1紫外LED調(diào)制速率測試原理
紫外LED調(diào)制速率測試原理如圖1所示，各實驗設(shè)備說明如下：
（1）函數(shù)發(fā)生器：采用Agilent的33250A 產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)方波信號，用于驅(qū)動紫外LED.
（2）紫外LED:采用單顆280 nm紫外LED,輸出功率>0.6 mW.
（3）探測器（Si）：采用THORLABS生產(chǎn)的PDA10A?
EC高速探測器，適用波長范圍200~1 100 nm,響應(yīng)時間為1 ns.
（4）信號放大器：本實驗采用的探測器自身就有信號濾波放大作用，如果探測器選擇電流輸出且無放大功能的，需要選擇相應(yīng)的信號放大器。
（5）數(shù)字示波器：選擇泰克DP07054型號的存儲示波器，帶寬為500 MHz.
1.2 驅(qū)動信號測試
函數(shù)發(fā)生器33250A 產(chǎn)生方波的上升/下降時間小于5 ns,占空比為50%,技術(shù)指標(biāo)上標(biāo)明可產(chǎn)生80 MHz的方波。不同調(diào)制速率下的驅(qū)動信號如圖2所示。實驗結(jié)果顯示，建筑照明，頻率為30 MHz的方波已接近于正弦波；頻率為10 MHz的方波，LED球泡燈，上升/下降沿具有明顯的突起。觸發(fā)信號的質(zhì)量將直接影響紫外LED 的調(diào)制信號，所以后期必須研制調(diào)制速率高、信號質(zhì)量好的方波信號產(chǎn)生器，作為紫外LED的專用驅(qū)動源。
1.3 高速探測器響應(yīng)
本實驗選用THORLABS 生產(chǎn)的PDA10A?EC 型號探測器，適用波長范圍為200~1 100 nm,響應(yīng)時間為1 ns.理論上可響應(yīng)頻率為500 MHz,占空比為50%的方波信號。
實驗結(jié)果如圖3所示，圖中幅值較高的曲線為驅(qū)動信號，幅值較低的曲線是探測器響應(yīng)。圖3（c）表明高速探測器可以準(zhǔn)確地探測到紫外LED 的10 MHz 調(diào)制信號。因此，室外照明，采用紫外LED作為紫外光通信的光源，可將數(shù)據(jù)傳輸速率提升至10 Mb/s,通過采用專用的紫外LED驅(qū)動電源，有望得到更理想的結(jié)果。
2紫外LED 調(diào)制光譜特性
紫外LED直流狀態(tài)下的半波寬度一般小于12 nm,為驗證調(diào)制狀態(tài)下紫外LED的光譜特性，酒店led照明，LED筒燈，綠色照明，本實驗對280 nm紫外LED進(jìn)行了調(diào)制光譜測試，測試原理如圖4所示。主要儀器設(shè)備參數(shù)如下：
（1）函數(shù)發(fā)生器、紫外LED:與圖1 中采用的設(shè)備相同。
（2）紫外光譜儀：采用Horiba Jobin Yvon 公司生產(chǎn)的iHR550型號光譜儀，光譜范圍為200~1 100 nm,光譜儀分辨率為0.025 nm;光譜準(zhǔn)確度為±0.2 nm;重復(fù)精度為±0.075 nm.
紫外LED不同調(diào)制速率下的光譜特性如圖5所示，頻率在50 Hz和80 Hz時，調(diào)制狀態(tài)光譜與直流狀態(tài)下的光譜相差較大，LED燈管，因為紫外光譜儀的采樣頻率大于紫外LED調(diào)制頻率。
紫外LED 的調(diào)制頻率（100 Hz）大于紫外光譜儀的采樣頻率時，家用照明，紫外光譜儀得到的調(diào)制狀態(tài)下和直流狀態(tài)下的紫外LED光譜曲線基本一致。
實驗結(jié)果表明，紫外LED 在調(diào)制狀態(tài)下可以很好地保持其光譜特性，保證其直流工作狀態(tài)下的光譜在日盲區(qū)范圍內(nèi)就可應(yīng)用于紫外光通信系統(tǒng)。
3 結(jié)論
紫外LED 具有體積小、壽命長、低壓供電等特點，適合用作紫外光通信光源。本文對紫外LED調(diào)制速率及調(diào)制光譜特性進(jìn)行了充分的實驗研究，結(jié)果表明紫外LED 的調(diào)制速率能達(dá)到10 MHz,調(diào)制工作狀態(tài)能很好的保持其光譜特性，這些實驗數(shù)據(jù)為紫外LED 在紫外光通信領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力的數(shù)據(jù)支持。而紫外LED 將在不久的將來廣泛應(yīng)用于紫外輻射、紫外光通信等領(lǐng)域。
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