激光通信主要有哪些类型及技术设计方案？

激光，是利用单色光进行受激辐射后产生的光，特点是方向性强、亮度高、单色性好、相干性强。

激光和微波一样都属于电磁波，但频率比微波要高几个数量级。

通信" target="_blank">激光通信，顾名思义就是利用激光来传递数据，基本原理是将信号调制到激光的频率、振幅或者相位上面，然后进行传输。

根据传输介质的不同，激光主要分为三类：光纤通信，激光大气通信，自由空间激光通信。 在激光通信的早期，激光大气通信技术吸引了发达国家投入大量人力物力进行研发。 但由于大气信道衰减补偿、大气信道折射率不均匀变化、器件和材料不过关、难以精确对接等技术难题，激光大气通信没有进入大规模商用。 目前应用最广泛的是光纤通信，另外两种通信方式也在近些年再度受到各技术强国的重视，取得了很大进展。

光纤通信

20世纪60年代，高锟和G.A.Hockham经过仔细论证，提出了基于光纤的远距离通信方案。几年后光纤的衰减达到了高锟的要求，光纤传输成为现实。

1975年，美国在芝加哥开通了第一条光纤通信实验线路，光纤通信时代正式开启。

光纤的导光原理 利用

光的全反射

，将激光导入光纤进行传输，就是光纤通信的基本原理。

跟电缆传输比较，

光纤通信有很多优势

，比如超大的通信容量(单根光纤已经达到100Tbps)，原料为石英(节省金属)，绝缘抗干扰防窃听(在光纤内部传输)。

卫星通信技术

主要包括微波通信和激光通信，其中微波通信相对成熟且应用极为广泛。但是随着航天装备应用的逐步深入，航天频率资源越来越紧张.而且经常出现频率干扰问题。

解决这一问题的技术途径之一是采用激光通信。

卫星激光通信具有传输速率高,通信 容量大抗干扰性能强，信息安全性高通行设备体积小、重量轻、功耗低等优点近年来已经取得突破性进展成为现代通信技术发展的新热点。

但是由于大气激光通信受大气扰动,背景光辐射、平台振动相对运动等较多因素的影响,对激光器、捕获跟踪与瞄准、调制接收等关键技术要求很高，成为制约卫星激光通信的瓶颈。

2.0 卫星激光通信的关键技术

2.1 激光器技术

激光通信的需求之一是超高速数据传输，而卫星通信距离较远，一般要求不小于 4~5万 km,因此要求系统有足够的发射功率,光源稳定激光器技术用于建立激光链路的光源，一直是激光通信的关键技术之一,由于受到光传输介质及探测器的影响，对激光波长的研究主要集中在800nm1000m及1550三个波段，现在用于星上的激光器的研究，主要集中在与以上三种波长对应的半导体激光器、固体激光器和光纤激光器。

其主要优缺点如表 1所示。

2.2 捕获、跟踪与瞄准技术

星地光通信在空间及大气信道长距离传输过程中光能损失很大,在接收端探测器上接受的光信号往往很微弱:同时由于在是地信道中进行通信存在太阳、月亮星体等背景光的干扰存在星地大气信道层段的影响视距内激光通信设备的快速捕获和精确跟踪与瞄准是卫星激光通信的核心技术问题，涉及信标光信号和数据传输激光信号。

由于卫星激光通信设备之间存在着较大的相对运动速度,以及存在着较大的角速度和角加速度,与远程激光所要求的极窄视场的捕获、跟踪与瞄准相矛盾。另外，平台的姿态调整,跟踪状态下引入的平台姿态变化和平台随机振动等都影响了窄视场的稳定跟瞄。

因此,除提高激光信号的捕获、跟踪与瞄准设备性能外,还须从系统角度综合平衡和设计各个功能单元的技战术指标。高精度、高抗干扰、小型化低功耗且满足星载环境要求的激光通信捕获、跟踪与瞄准技术是一项光、机、电综合的复杂技术。

2.3 调制接收技术

激光链路的调制与接收技术集中反映了通信系统的状况。由于卫星激光通信的传输速率高，背景辐射等噪声源也会使信号淹没噪声中难以检测或增大误码率，所以对调制接收技术要求主要是灵敏度高抗干扰能力强另外还要求结构简单,成木低，易实现。调制方式大致分为调幅、调频、调相接收方式主要 是直接强度探测(DD)和相干 (外差)探测。

在800mm波段,结合半导体激光器特点，一般采用直接光强度调制(M/直接强度探测的方式现在这一波段的调制速率单信道不超过 1Gbit/ s.接收端采用AD探测器。在1550m波段，采用幅度调制和解调方式,据几年前报道,这一波段的调制速率单信道为40Gbit/s接收端采用光纤前置放大加强度探测的接收技术。相干探测技术在激光通信发展较晚,在实际应用中光纤通信更为合适。

3.0 卫星激光通信关键技术应用举例

OCEIS(轨间通信工程测试卫早)是JAXA(日本航天宇宙探测局)研制的,以便为下·代太宁通信网络奠定坚实的技术基仙,其上装有 NECTOSHBA太空系统股份有限公司研制的LUCE(激光应用通信装置)。

在卫星激光通信发展史上，ODEIS完成了具有代表性的两类试验,即星问激光通信和星地激光通信。

2005年12月9日EISESA(欧洲空间局)的 ARTEMS(先进中继及技术任务卫星)成功进行了星间双向 激光通信试验,并成功完成20多次。

2006年3月和 5月,OICEIS与东京市区的NCT(国家信息与通信技术协会)光学地球站成功进行星地激光通信试验，此试验命名为 KODEN

LUCE通信系统的激光器为半导体激光二极管(ID),调制接收技术采用直接光强度调制 直接强度探测(M/DD)的方式,这种方式可通过 OOK数据流对传输激光进行直接转换,检测器为雪崩极管(APD)。

前向链路采用 2PIM(二进制脉冲相位调制)形式,速率为2048bpS后向链路采用NRZ(非归零码)调制形式速率为493724Mbps

激光是利用单色光进行受激辐射后产生的光，具有方向性强、亮度高、单色性好、相干性强等特点。激光比微波的频率高几个数量级，和微波一样都属于电磁波。

激光通信是利用激光在大气空间传输的一种通信方式。激光大气通信的发送设备主要由激光器(光源)、光调制器、光学发射天线(透镜)等组成;接收设备主要由光学接收天线、光检测器等组成。

信息发送时，先转换成电信号，再由光调制器将其调制在激光器产生的激光束上，经光学天线发射出去。信息接收时，光学接收天线将接收到的光信号聚焦后，送至光检测器恢复成电信号，再还原为信息。

大气激光通信的容量大、保密性好，不受电磁干扰。但激光在大气中传输时受雨、雾、雪、霜等影响，衰耗要增大，故一般用于边防、海岛、跨越江河等近距离通信，以及大气层外的卫星间通信和深空通信。

激光通信的另一种方式也叫光纤通信。光纤通信和有线电缆通信的过程相似，不过载波是激光(电磁波)而不是电流。

光纤通信是利用石英玻璃拉制成的导光纤维作为传输媒介的通信方式。这里利用了光的全反射原理，将激光束限制在光纤芯中传播，这样就可以避开大气的光导纤维干扰，减少能量损失，从而使信息传输的距离更远。

光纤通信中有两个关键性题：其一，要有高质量的光纤为基础;其二，要有功率大、效率高、单色性好、寿命长的激光器作保证。

自20世纪80年代起，我国开始进行光纤通信技术的研发和应用。随着国家“宽带中国”战略的推进，我国的光纤通信技术得到了快速发展。

在光纤光缆方面，我国已经建立了完整的光纤光缆产业链，包括光纤预制棒、光纤、光缆等各个环节。国内企业在光纤光缆领域的竞争力逐渐增强，产品不断升级换代，技术水平不断提高。

在光纤通信系统方面，我国已经建成了全球最大的光纤通信网络，覆盖了城市和农村的各个角落。随着4G、5G等移动通信技术的发展，我国的光纤通信系统也在不断升级和完善，传输速率和容量不断提高。

此外，我国在光纤传感、光器件、光芯片等领域也取得了重要进展。一些国内企业已经开始在光纤传感领域进行创新和研发，开发出了一系列具有自主知识产权的产品。