激光通信

通信方式

激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。激光是一种新型光源，具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征。按传输媒质的不同，可分为大气激光通信和光纤通信。大气激光通信是利用大气作为传输媒质的激光通信。光纤通信是利用光纤传输光信号的通信方式。

定义

激光是一种方向性极好的单色相干光。利用激光来有效地传送信息，叫做激光通信。

组成结构

激光通信系统组成设备包括发送和接收两个部分。发送部分主要有激光器、光调制器和光学发射天线。接收部分主要包括光学接收天线、光学滤波器、光探测器。要传送的信息送到与激光器相连的光调制器中，光调制器将信息调制在激光上，通过光学发射天线发送出去。在接收端，光学接收天线将激光信号接收下来，送至光探测器，光探测器将激光信号变为电信号，经放大、解调后变为原来的信息。

特点

大气激光通信可传输语言、文字、数据、图像等信息。

激光通信的优点是：

（1）通信容量大。在理论上，激光通信可同时传送1000万路电视节目和100亿路电话。

（2）保密性强。激光不仅方向性特强，而且可采用不可见光，因而不易被敌方所截获，保密性能好。

（3）结构轻便，设备经济。由于激光束发散角小，方向性好，激光通信所需的发射天线和接收天线都可做的很小，一般天线直径为几十厘米，重量不过几公斤，而功能类似的微波天线，重量则以几吨、十几吨计。

激光通信的一些弱点是：

（1）通信距离限于视距（数公里至数十公里范围），易受气候影响，在恶劣气候条件下甚至会造成通信中断。大气中的氧、氮、二氧化碳、水蒸汽等大气分子对光信号有吸收作用；大气分子密度的不均匀和悬浮在大气中的尘埃、烟、冰晶、盐粒子、微生物和微小水滴等对光信号有散射作用。云、雨、雾、雪等使激光受到严重衰减。地球表面的空气对流引起的大气湍流能对激光传输产生光束偏折、光束扩散、光束闪烁（光束截面内亮斑和暗斑的随机变化）和像抖动（光束会聚点的随机跳动）等影响。

不同波长的激光在大气中有不同的衮减。理论和实践证明：波长为0.4～0.7μm以及波长为0.9、1.06、2.3，3.8，10.6μm的激光衰减较小，其中波长为0.6μm的激光穿雾能力较强。大气激光通信可用于江河湖泊、边防、海岛、高山峡谷等地的通信；还可用于微波通信或同轴电缆通信中断抢修时的临时顶替设备。波长为0.5μm附近的蓝绿激光可用于水下通信或对潜艇通信。

（2）瞄准困难。激光束有极高的方向性，这给发射和接收点之间的瞄准带来不少困难。为保证发射和接收点之间瞄准，不仅对设备的稳定性和精度提出很高的要求，而且操作也复杂。

大气激光通信系统

大气激光通信系统主要由大气信道、光发送机、光接收机、光学天线（透镜或反射镜）、电发送机、电接收机、终端设备、电源等组成，有的还备有遥控、遥测等辅助设备。信息经电发送机变换成相应的电信号，用调制器调制到由激光器产生的光载波上，再通过光学发射天线将已调制的光信号发射到大气空间。光信号经大气信道传输，到达接收端，光学接收天线对接收到的光信号进行聚焦，再送到光检测器，经放大恢复成原来的电信号，送到电接收机解调成原信息。必要时，可在线路中使用中继器，以延长通信距离。

大气层外的激光通信称为空间激光通信。优点是传输损耗小，传输距离远，通信质量高。主要用于卫星间通信。

应用领域

激光通信的应用主要有以下几个方面：1、地面间短距离通信；2、短距离内传送传真和电视；3、由于激光通信容量大，可作导弹靶场的数据传输和地面间的多路通信。4、通过卫星全反射的全球通信和星际通信，以及水下潜艇间的通信。

研究进展

太空宽带是指利用极为细小的激光束传输数据，速率可比现有基于无线电波的通信方式提高10倍到1000倍。

2014年6月6日，美国航天局宣布，该机构利用激光束把一段高清视频从国际空间站传送回地面，成功完成一种可能根本性改变未来太空通信的技术演示。这一通信试验名为“激光通信科学光学载荷”（OPALS）。

据美国航天局发布的消息，在5日进行的技术演示中，一段时长37秒的高清视频，只用了3.5秒就成功传回，相当于传输速率达到每秒50兆，而传统技术下载需要至少10分钟。

据美国航天局介绍，OPALS利用极为细小的激光束传输数据，速率可比现有基于无线电波的通信方式提高10倍到1000倍。

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