空間激光通信研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

石胤漩

【摘要】 空間激光通信技術(shù)在民用領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域都具有重大意義。歐盟、美國(guó)、日本等國(guó)家都已經(jīng)展開了相關(guān)研究，投入了大量資金和人才。我國(guó)在這方面也不甘落后，已經(jīng)逐步研發(fā)出具有我國(guó)特色的核心技術(shù)。本文將概括空間激光通信的優(yōu)點(diǎn)，介紹一些關(guān)鍵技術(shù)，最后對(duì)空間激光通信的發(fā)展進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】 空間激光通信 研究現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

前言：在即將到來(lái)的信息時(shí)代，構(gòu)建信息傳播速率快、信息傳輸量大、覆蓋空間廣闊的通信網(wǎng)絡(luò)是很重要的。空間激光通信技術(shù)正是構(gòu)建符合未來(lái)社會(huì)發(fā)展需求的通信網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)支持之一。我國(guó)的各大高校和科學(xué)研究機(jī)構(gòu)都有對(duì)這一方面展開研究，比如武漢大學(xué)的靜態(tài)激光通信、華中科技大學(xué)的對(duì)潛激光通信、中科院成都光電所的自適應(yīng)激光通信、中電集團(tuán)34所的大氣靜態(tài)激光通信等。空間激光通信的應(yīng)用，有助于構(gòu)建一體化的通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于我國(guó)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。

一、空間激光通信的技術(shù)特點(diǎn)

1.1光波頻率高

空間激光通信就是利用激光進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)[1]。激光的頻率比微波高出三到四個(gè)數(shù)量級(jí)。這就導(dǎo)致以激光為載波進(jìn)行通信，能夠利用的頻帶更加寬廣，在短時(shí)間內(nèi)傳輸大量的數(shù)據(jù)。在地球科學(xué)研究、環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測(cè)、軍事信息獲取等領(lǐng)域，經(jīng)常需要在一段時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的傳輸，空間激光通信就可以有效實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

1.2光波波長(zhǎng)短

空間激光通信所運(yùn)用的光波具有極短的波長(zhǎng)。光波的波長(zhǎng)決定了發(fā)射天線的口徑。如果光波的波長(zhǎng)較短，發(fā)射天線的口徑也會(huì)比較小，這樣，激光在發(fā)射過(guò)程中就會(huì)相對(duì)集中，不容易發(fā)生分散，同時(shí)消耗的功率也比以往的微波發(fā)射低，節(jié)省更多的能源。不僅僅是發(fā)射天線，接收終端的型號(hào)也與光波的波長(zhǎng)長(zhǎng)短有關(guān)。利用短波長(zhǎng)的光波進(jìn)行信息傳輸，接收終端的體積、重量也可以相應(yīng)縮小，同時(shí)消耗更低的能源。這種性質(zhì)使得空間激光通信能夠搭配多種通信平臺(tái)，適用范圍極為廣闊。

1.3方向性強(qiáng)

空間激光通信發(fā)射的激光光束很窄，指向明確，能夠直達(dá)目的地，很少發(fā)生散射[2]。以往的微波通信，光束寬，指向性不明顯，容易發(fā)生散射和折射，影響通信的效果，導(dǎo)致通信不穩(wěn)定。空間激光通信就將這一問(wèn)題進(jìn)行極大程度的改善。另外，空間激光通信還具有防竊聽的能力，在傳輸過(guò)程中不容易被外界竊取信息，在保證了通信的穩(wěn)定性的同時(shí)，也保證了通信的保密性。

1.4波段遠(yuǎn)離電磁波譜

如果通信光波的波段距離電磁波譜較近，就容易在傳輸?shù)倪^(guò)程中受到電磁波譜的干擾。所以，空間激光通信采取遠(yuǎn)離電磁波譜的光波波段。在機(jī)場(chǎng)、戰(zhàn)爭(zhēng)區(qū)域等環(huán)境中，電磁波譜的干擾極為嚴(yán)重，只有利用空間激光通信才能夠確保信息的順利傳輸。

二、空間激光通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1激光調(diào)制發(fā)射技術(shù)

激光調(diào)制發(fā)射技術(shù)具有高功率和高速率的特點(diǎn)。這種技術(shù)的主要組成部件有激光器、驅(qū)動(dòng)器、溫度控制、功率控制、光放大器、光學(xué)天線和信道編碼部分。為了降低噪聲的產(chǎn)生，激光調(diào)制發(fā)射技術(shù)利用電子濾波或者光學(xué)濾波的手段，將發(fā)射信號(hào)中所含的噪音過(guò)濾出去，提升通信信號(hào)的穩(wěn)定性。

2.2光信號(hào)接收技術(shù)

現(xiàn)階段通用的激光接受方式有直接探測(cè)和相干探測(cè)兩種[3]。直接探測(cè)的方法應(yīng)用比較廣泛，但是探測(cè)的靈敏程度受到元件性能的影響極為嚴(yán)重。如果探測(cè)元件性能不足，探測(cè)的靈敏程度就會(huì)大大降低。另外，通信速率與探測(cè)靈敏程度也有一定的反比關(guān)系，在提升通信速率的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致探測(cè)的靈敏程度大大降低。而相干探測(cè)具有極高的探測(cè)靈敏度，但是對(duì)技術(shù)的要求比直接探測(cè)要高。相干探測(cè)要求信號(hào)光與本振光具有相關(guān)性，在通信過(guò)程中保持頻率的穩(wěn)定，需要用到極為復(fù)雜的通信系統(tǒng)，所以應(yīng)用范圍還不是很廣泛。

三、空間激光通信的發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)在空間激光通信的研究上取得了重大突破，通信性能的標(biāo)準(zhǔn)比起以往也有了很大提高，在完成高功率和高速率發(fā)射的同時(shí)，能夠在一定程度上保持良好的靈敏度。與以往的探測(cè)技術(shù)相比，探測(cè)靈敏度幾乎沒有區(qū)別，而探測(cè)速率已經(jīng)提升到了Gbps的量級(jí)。另外，通信模式也在發(fā)生變化，光通信組網(wǎng)模式已經(jīng)逐漸取代了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信模式，形成全方位覆蓋、能夠有效傳輸信息的通信網(wǎng)絡(luò)體系。

結(jié)論：空間激光通信在科學(xué)研究、環(huán)境監(jiān)控、軍事探測(cè)等領(lǐng)域內(nèi)都具有重要的意義，是世界各國(guó)都在進(jìn)行研究的重要課題之一。空間激光通信比起以往的通信技術(shù)傳輸速率更快、傳輸效果更好、抗干擾能力更強(qiáng)。我國(guó)應(yīng)該加緊對(duì)空間激光通信的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行普及，提升我國(guó)的通信水平，促進(jìn)我國(guó)的全面發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]常呈武，程礫瑜，羅丹等.空間激光通信進(jìn)展及在天基網(wǎng)中應(yīng)用構(gòu)想[J].飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)，2015，02：176-183.

[2]姜會(huì)林，安巖，張雅琳等.空間激光通信現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)，2015，03：207-217.

[3]曾飛，高世杰，傘曉剛等.機(jī)載激光通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].中國(guó)光學(xué)，2016，01：65-73.