空間激光通信研究現狀及發展趨勢

石胤漩

【摘要】 空間激光通信技術在民用領域和軍事領域都具有重大意義。歐盟、美國、日本等國家都已經展開了相關研究，投入了大量資金和人才。我國在這方面也不甘落后，已經逐步研發出具有我國特色的核心技術。本文將概括空間激光通信的優點，介紹一些關鍵技術，最后對空間激光通信的發展進行展望。

【關鍵詞】 空間激光通信 研究現狀 發展趨勢

前言：在即將到來的信息時代，構建信息傳播速率快、信息傳輸量大、覆蓋空間廣闊的通信網絡是很重要的。空間激光通信技術正是構建符合未來社會發展需求的通信網絡的重要技術支持之一。我國的各大高校和科學研究機構都有對這一方面展開研究，比如武漢大學的靜態激光通信、華中科技大學的對潛激光通信、中科院成都光電所的自適應激光通信、中電集團34所的大氣靜態激光通信等。空間激光通信的應用，有助于構建一體化的通信網絡，對于我國發展具有深遠的影響。

一、空間激光通信的技術特點

1.1光波頻率高

空間激光通信就是利用激光進行信號傳輸的通信技術[1]。激光的頻率比微波高出三到四個數量級。這就導致以激光為載波進行通信，能夠利用的頻帶更加寬廣，在短時間內傳輸大量的數據。在地球科學研究、環境災害監測、軍事信息獲取等領域，經常需要在一段時間內實現海量數據的傳輸，空間激光通信就可以有效實現這一點。

1.2光波波長短

空間激光通信所運用的光波具有極短的波長。光波的波長決定了發射天線的口徑。如果光波的波長較短，發射天線的口徑也會比較小，這樣，激光在發射過程中就會相對集中，不容易發生分散，同時消耗的功率也比以往的微波發射低，節省更多的能源。不僅僅是發射天線，接收終端的型號也與光波的波長長短有關。利用短波長的光波進行信息傳輸，接收終端的體積、重量也可以相應縮小，同時消耗更低的能源。這種性質使得空間激光通信能夠搭配多種通信平臺，適用范圍極為廣闊。

1.3方向性強

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

1.4波段遠離電磁波譜

如果通信光波的波段距離電磁波譜較近，就容易在傳輸的過程中受到電磁波譜的干擾。所以，空間激光通信采取遠離電磁波譜的光波波段。在機場、戰爭區域等環境中，電磁波譜的干擾極為嚴重，只有利用空間激光通信才能夠確保信息的順利傳輸。

二、空間激光通信的關鍵技術

2.1激光調制發射技術

激光調制發射技術具有高功率和高速率的特點。這種技術的主要組成部件有激光器、驅動器、溫度控制、功率控制、光放大器、光學天線和信道編碼部分。為了降低噪聲的產生，激光調制發射技術利用電子濾波或者光學濾波的手段，將發射信號中所含的噪音過濾出去，提升通信信號的穩定性。

2.2光信號接收技術

現階段通用的激光接受方式有直接探測和相干探測兩種[3]。直接探測的方法應用比較廣泛，但是探測的靈敏程度受到元件性能的影響極為嚴重。如果探測元件性能不足，探測的靈敏程度就會大大降低。另外，通信速率與探測靈敏程度也有一定的反比關系，在提升通信速率的同時，會導致探測的靈敏程度大大降低。而相干探測具有極高的探測靈敏度，但是對技術的要求比直接探測要高。相干探測要求信號光與本振光具有相關性，在通信過程中保持頻率的穩定，需要用到極為復雜的通信系統，所以應用范圍還不是很廣泛。

三、空間激光通信的發展趨勢

目前，我國在空間激光通信的研究上取得了重大突破，通信性能的標準比起以往也有了很大提高，在完成高功率和高速率發射的同時，能夠在一定程度上保持良好的靈敏度。與以往的探測技術相比，探測靈敏度幾乎沒有區別，而探測速率已經提升到了Gbps的量級。另外，通信模式也在發生變化，光通信組網模式已經逐漸取代了點對點的通信模式，形成全方位覆蓋、能夠有效傳輸信息的通信網絡體系。

結論：空間激光通信在科學研究、環境監控、軍事探測等領域內都具有重要的意義，是世界各國都在進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傳輸速率更快、傳輸效果更好、抗干擾能力更強。我國應該加緊對空間激光通信的技術進行優化，對其應用進行普及，提升我國的通信水平，促進我國的全面發展。

參 考 文 獻

[1]常呈武，程礫瑜，羅丹等.空間激光通信進展及在天基網中應用構想[J].飛行器測控學報，2015，02：176-183.

[2]姜會林，安巖，張雅琳等.空間激光通信現狀、發展趨勢及關鍵技術分析[J].飛行器測控學報，2015，03：207-217.

[3]曾飛，高世杰，傘曉剛等.機載激光通信系統發展現狀與趨勢[J].中國光學，2016，01：65-73.