空間激光通信研究現(xiàn)狀及發(fā)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(jīng)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(jīng)逐步研發(fā)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(yōu)點，介紹一些關鍵技術，最后對空間激光通信的發(fā)展進行展望。

【關鍵詞】 空間激光通信 研究現(xiàn)狀 發(fā)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(wǎng)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(fā)展需求的通信網(wǎng)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(tài)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(tài)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(wǎng)絡，對于我國發(fā)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?shù)耐ㄐ偶夹g[1]。激光的頻率比微波高出三到四個數(shù)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(shù)據(jù)。在地球科學研究、環(huán)境災害監(jiān)測、軍事信息獲取等領域，經(jīng)常需要在一段時間內實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的傳輸，空間激光通信就可以有效實現(xiàn)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(fā)射天線的口徑。如果光波的波長較短，發(fā)射天線的口徑也會比較小，這樣，激光在發(fā)射過程中就會相對集中，不容易發(fā)生分散，同時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(fā)射的激光光束很窄，指向明確，能夠直達目的地，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，導致通信不穩(wěn)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(wěn)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?shù)倪^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(zhàn)爭區(qū)域等環(huán)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(fā)射技術

激光調制發(fā)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(chǎn)生，激光調制發(fā)射技術利用電子濾波或者光學濾波的手段，將發(fā)射信號中所含的噪音過濾出去，提升通信信號的穩(wěn)定性。

2.2光信號接收技術

現(xiàn)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(wěn)定，需要用到極為復雜的通信系統(tǒng)，所以應用范圍還不是很廣泛。

三、空間激光通信的發(fā)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(fā)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(qū)別，而探測速率已經(jīng)提升到了Gbps的量級。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(wǎng)絡體系。

結論：空間激光通信在科學研究、環(huán)境監(jiān)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(yōu)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(fā)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(wǎng)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(xiàn)狀、發(fā)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(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].中國光學，2016，01：65-73.