一种紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法
【专利摘要】本发明提供一种紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，步骤1：驱动待测发射机发射调制信号，利用经过校准的紫外光谱仪扫描调制信号在220nm～780nm范围内的光谱辐射能量分布；步骤2：通过积分方法计算分别求得380nm～780nm可见光段的光谱辐射能量和220nm～780nm整个谱段的全部光谱总辐射能量；步骤3：计算可见光抑制比步骤4：通过对辐射面多个位置进行测量求出各个测量点的可见光抑制比平均值。采用上述方案，校准后的紫外光谱仪可用来测量光源的相对光谱功率，为得到光源的各波段能量分布，本发明采用分部积分求面积的方法，计算各波段的辐射能量。
【专利说明】一种紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于紫外光通信收发模块校准【技术领域】，尤其涉及的是一种紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法。
【背景技术】
[0002]紫外光通信作为一种新型的军事通信系统，具有低窃听率、高抗干扰性、全方位性、易组网等优点，成为国内外各军事强国争先研究的焦点。紫外光通信系统理想的光源在日盲区应具有较窄带宽，目前可适用于紫外光通信的光源有紫外气体放电灯(如低压汞灯)、紫外激光器、紫外LED。其中紫外激光器和紫外LED的光谱均具有较窄的带宽，而且没有多余的谱线，是比较理想的紫外通信用光源，但是紫外激光器价格昂贵、光路调试复杂、体积大等因素限制了其实用化；而紫外LED的功率较小，无法达到光通信的传输能量要求。
[0003]气体放电灯成为工程化紫外光通信系统的发光光源，利用放电灯进行光学传输的思想在很多公开的专利中都有提及，如1975年公开的Martin R.Dachs申请的美国专利3900404 ；1985年公开的Shinichi Nakada申请的日本专利JP60032443 ；1997年公开的Michael Smith申请的美国专利5657145。我国的紫外光通信起步较晚，但是在本领域也有很多相关的已授权专利或申请公开的发明专利和实用新型专利，如2007年公开的中国科学院上海光机所申请的名为“紫外光通信系统”的发明和实用新型专利，对应专利号分别为ZL 200610116264.9, ZL 200620046090.9 ;北京邮电大学于2012年申请公开的名为“一种紫外光通信方法和紫外光通信系统”和“紫外光通信的方法和发射机”的发明专利，对应申请号分别为201210076043.9,201210076410.5 ;中国人民解放军国防科学技术大学于2012年申请公开的名为“一种基于无极紫外通信的信号发射装置及方法”，对应申请号为201210282383.7。以上的专利主要介绍了以气体放电灯作为发射端机光源的紫外光通信系统组成及工作过程，并没有对发射端机光源的光谱辐射的测试需求及测试方法进行描述。
[0004]由于气体放电灯具有宽光谱或多谱线，在日盲区边界甚至可见光波段有一定的辐射能量，大大降低了紫外光通信的保密性。为了抑制光源的可见光成分，一般在光源输出口放置滤光片，即使经过滤光，光源在日盲区以外的其它谱段仍可能存在很强的辐射，为保证紫外光通信系统的保密性，必须对紫外光源的可见光成分进行监测，由于发射端机工作时，光源发射的是调制光，所以直接采用辐射计或功率计测量发射机的总辐射强度和可见光段辐射强度均比较困难。目前尚未查到紫外调制光源能量分布的测试方法。
[0005]现阶段能够测量紫外辐射的仪器主要有紫外光谱仪、紫外辐射照度计、紫外光功率计等，均不能实现“可见光抑制比”的测量，主要存在以下几个方面的缺陷:
[0006](I)紫外光谱仪:紫外光谱仪是指测量范围涵盖紫外波段的光谱分析仪，多采用光栅分光；采用光电倍增管、紫外加强Si探测或CCD进行探测；具有波长校准功能，波长精度小于0.2nm。但是没有光辐射校准功能，输出信号没有考虑探测器的光谱响应率、光栅的衍射效率等因素的影响，不能准确测试光源的光谱辐射。
[0007](2)紫外辐射照度计:一般含有带通玻璃滤光器或干涉滤光器，使其工作于特定的波长范围，如320nm?390nm、365nm、290nm?320nm及253.7nm。因此,紫外福射照度计仅适用于测量紫外某一波段的辐射能量，而对整个紫外波段甚至可见光波段能量束手无策。
[0008](3)紫外光功率计:一般采用Si作为探测器材料，可测量200nm?IlOOnm范围的光功率，但是每次只能在一个波长点测量，不能测量宽光谱或多谱线的光源。
[0009]上述中紫外辐射照度计、紫外光功率计主要测试连续光，而发射端机工作时处于调制状态，使得测试结果不可靠。
[0010]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法。
[0012]本发明的技术方案如下:
[0013]一种紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其中，包括以下步骤:
[0014]步骤1:驱动待测发射机发射调制信号，利用校准后的紫外光谱仪对调制信号220nm?780nm波段光谱进行扫描，得到220nm?380nm紫外波段和380nm?780nm可见光波段的辐射能量分布；
[0015]步骤2:通过积分方法计算分别求得380nm?780nm可见光段的光谱福射能量和220nm?780nm整个谱段的全部光谱总辐射能量；
[0016]步骤3:计算可见光抑制比JVf , M=可见光段的光谱辐射能量/全部光谱总辐射能量，其中，可见光段的光谱的范围为380nm?780nm的光；整个谱段的全部光谱的范围Λ/ zz(jnm?780nm ；
[0017]步骤4:通过对辐射面多个位置进行测量求出各个测量点的可见光抑制比平均值。
[0018]所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其中，所述步骤I之前还执行:校准待测发射机发出包含可见光谱的紫外光谱信号的步骤；具体为:将待测发射机发出包含可见光谱的紫外光谱信号经过测量窗口，进入空间光学耦合装置并将辐射的光谱信号耦合至紫外光谱仪的入射狭缝，实时驱动光谱仪实现光栅扫描。
[0019]所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其中，所述测量窗口设置有多个测量孔，使紫外光谱信号顺利通过所述测量窗口。
[0020]所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其中，将所述紫外光谱仪狭缝端用光纤作为辐射光输入的传输介质，由聚光物镜收集辐射光再耦合至所述光纤，实现与所述入射狭缝的耦合。
[0021]所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其中，首先对紫外光谱仪进行波长校准，校准过程为:将532nm激光频率锁定在碘分子的超精细谱线上，并通过外部倍频腔得到266nm激光，然后利用266nm激光器输入到紫外光谱仪入射狭缝，校准紫外光谱仪波长；然后利用氘灯和齒钨灯对紫外光谱仪的辐射进行定标，将氘灯固定在光源夹具上，调节升降台和俯仰台，使氘灯出射光垂直入射到紫外光谱仪狭缝中心，利用氘灯200nm?380nm的标准数据校准光谱仪，将氘灯用卤钨灯替换，校准光谱仪在380nm?780nm的辐射；最后利用校准后的紫外光谱仪扫描被测调制光源光谱，得到380nm?780nm可见光段的光谱辐射能量和220nm?780nm整个谱段的全部光谱总辐射能量。
[0022]所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其中，所述积分方法为利用分部积分的方法得到不同波长范围内相对光谱功率曲线与横轴之间的面积，计算分别求得380nm?780nm可见光段的光谱福射能量和220nm?780nm整个谱段的全部光谱总福射能量。
[0023]采用上述方案:
[0024](I)首次提出利用“可见光抑制比”作为紫外光通信发射端机保密性的考核参数。
[0025](2)首次提出利用校准后的紫外光谱仪测试调制光源的功率分布。
[0026](3)精密位移控制技术:在校准紫外光谱仪光辐射过程中，需要将氘灯/卤钨灯的出射光垂直入射到光谱仪的狭缝中心。本发明采用升降台、俯仰台、光源夹具等构成精密位移控制系统，保证光谱仪校准所需条件。
[0027](4)紫外光谱仪校准技术:目前紫外光谱仪主要测量光源光波长，输出信号为探测器的直接响应，没有考虑探测器的光谱响应率、光栅衍射效率、转折镜等因素对光辐射测量的影响。本发明利用紫外标准波长源对紫外光谱仪进行波长定标后，利用氘灯/卤钨灯对紫外光谱仪进行了光辐射定标，保证了数据的准确可靠。
[0028](5)数据采集及处理技术:校准后的紫外光谱仪可用来测量光源的相对光谱功率，为得到光源的各波段能量分布，本发明采用分部积分求面积的方法，计算各波段的辐射能量。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明发射机光抑制比测量原理框图。
[0030]图2为本发明空间耦合装置示意图。
[0031]图3为本发明紫外光谱仪波长校准系统示意图。
[0032]图4为本发明紫外光谱仪辐射校准系统示意图。
[0033]图5为本发明紫外调制光源相对光谱功率。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0035]实施例1
[0036]本发明提供一种紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其中，包括以下步骤:
[0037]步骤1:驱动待测发射机发射调制信号，利用校准后的紫外光谱仪对调制信号220nm?780nm波段光谱进行扫描，得到220nm?380nm紫外波段和380nm?780nm可见光波段的辐射能量分布；
[0038]步骤2:通过积分方法计算分别求得380nm?780nm可见光段的光谱辐射能量和220nm?780nm整个谱段的全部光谱总辐射能量；
[0039]步骤3:计算可见光抑制比M复=可见光段的光谱辐射能量/全部光谱总辐射能量，其中，可见光段的光谱的范围为380nm~780nm的光；整个谱段的全部光谱的范围为220nm~780nm ；
[0040]步骤4:通过对辐射面多个位置进行测量求出各个测量点的可见光抑制比平均值。
[0041]上述方法中，所述步骤I之前还执行:校准待测发射机发出包含可见光谱的紫外光谱信号的步骤；具体为:将待测发射机发出包含可见光谱的紫外光谱信号经过测量窗口，进入空间光学耦合装置并将辐射的光谱信号耦合至紫外光谱仪的入射狭缝，实时驱动光谱仪实现光栅扫描。
[0042]上述方法中，所述测量窗口设置有多个测量孔，使紫外光谱信号顺利通过所述测量窗口。
[0043]上述方法中，将所述紫外光谱仪狭缝端用光纤作为辐射光输入的传输介质，由聚光物镜收集辐射光再耦合至所述光纤，实现与所述入射狭缝的耦合。
[0044]上述方法中，首先对紫外光谱仪进行波长校准，校准过程为:将532nm激光频率锁定在碘分子的超精细谱线上，并通过外部倍频腔得到266nm激光，然后利用266nm激光器输入到紫外光谱仪入射狭缝，校准紫外光谱仪波长；然后利用氘灯和齒钨灯对紫外光谱仪的辐射进行定标，将氘灯固定在光源夹具上，调节升降台和俯仰台，使氘灯出射光垂直入射到紫外光谱仪狭缝中心，利用氘灯200nm~380nm的标准数据校准光谱仪，将氘灯用卤钨灯替换，校准光谱仪在380nm~780nm的辐射；最后利用校准后的紫外光谱仪扫描被测调制光源光谱，得到380nm~780nm可见光段的光谱辐射能量和220nm~780nm整个谱段的全部光谱总辐射能量。
[0045]上述方法中，所述积分方法为利用分部积分的方法得到不同波长范围内相对光谱功率曲线与横轴之间的面积，计算分别求得380nm~780nm可见光段的光谱辐射能量和220nm~780nm整个谱段的全部光谱总辐射能量。
[0046]进一步而言，本发明将可见光段(380nm~780nm)辐射能量与辐射出的全部光谱(220nm~780nm)辐射能量的比值定义为“可见光抑制比”，作为衡量发射端机性能的考核性参数，如公式一所示，公式一:
[0047]
【权利要求】
1.一种紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:驱动待测发射机发射调制信号，利用校准后的紫外光谱仪对调制信号220nm?780nm波段光谱进行扫描，得到220nm?380nm紫外波段和380nm?780nm可见光波段的辐射能量分布； 步骤2:通过积分方法计算分别求得380nm?780nm可见光段的光谱福射能量和220nm?780nm整个谱段的全部光谱总辐射能量； 步骤3:计算可见光抑制比H ,夏=可见光段的光谱辐射能量/全部光谱总辐射能量，其中，可见光段的光谱的范围为380nm?780nm的光；整个谱段的全部光谱的范围为220nm?780nm ； 步骤4:通过对辐射面多个位置进行测量求出各个测量点的可见光抑制比平均值。
2.如权利要求1所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其特征在于，所述步骤I之前还执行:校准待测发射机发出包含可见光谱的紫外光谱信号的步骤；具体为:将待测发射机发出包含可见光谱的紫外光谱信号经过测量窗口，进入空间光学耦合装置并将辐射的光谱信号耦合至紫外光谱仪的入射狭缝，实时驱动光谱仪实现光栅扫描。
3.如权利要求2所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其特征在于，所述测量窗口设置有多个测量孔，使紫外光谱信号顺利通过所述测量窗口。
4.如权利要求3所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其特征在于，将所述紫外光谱仪狭缝端用光纤作为辐射光输入的传输介质，由聚光物镜收集辐射光再耦合至所述光纤，实现与所述入射狭缝的耦合。
5.如权利要求4所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其特征在于，首先对紫外光谱仪进行波长校准，校准过程为:将532nm激光频率锁定在碘分子的超精细谱线上，并通过外部倍频腔得到266nm激光，然后利用266nm激光器输入到紫外光谱仪入射狭缝，校准紫外光谱仪波长；然后利用氘灯和齒钨灯对紫外光谱仪的辐射进行定标，将氘灯固定在光源夹具上，调节升降台和俯仰台，使氘灯出射光垂直入射到紫外光谱仪狭缝中心，利用氘灯200nm?380nm的标准数据校准光谱仪，将氘灯用卤钨灯替换，校准光谱仪在380nm?780nm的辐射；最后利用校准后的紫外光谱仪扫描被测调制光源光谱，得到380nm?780nm可见光段的光谱福射能量和220nm?780nm整个谱段的全部光谱总福射能量。
6.如权利要求4所述的紫外光通信发射端机可见光抑制比测试方法，其特征在于，所述积分方法为利用分部积分的方法得到不同波长范围内相对光谱功率曲线与横轴之间的面积，计算分别求得380nm?780nm可见光段的光谱福射能量和220nm?780nm整个谱段的全部光谱总辐射能量。
【文档编号】H04B10/07GK104135319SQ201410363300
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】孙权社, 王少水, 朱兴邦, 王国权, 赵发财, 郑祥亮, 韩忠 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所