未來的通信領域對于激光的空間應用

于彥峰　朱錦

摘要：本文闡述了國外在通信技術上對于空間激光的使用，尤其是日本、美國和歐洲等國家對于該項技術的研究現狀，同時對于該技術進行了總體的綜述，對于國內外相應的指標和系統(tǒng)的參數進行了總結，對于我國的技術發(fā)展作了一定的指導意義。未來的通信發(fā)展方向，就發(fā)展模式而言不再僅僅限于單一的模式，而會朝空間構建以及中繼轉發(fā)的方向發(fā)展，就通信速率而言也會隨著空間激光的技術的使用使其越來越快。文章最后對于我國的相關技術發(fā)展的現狀做了進一步研究和說明。

關鍵詞：激光通信，發(fā)展趨勢，通信領域

1、前提

經過多年來各個國家研究部門的傾力研究，取得了重大的進展，它已經成了國家用來解決用微波傳輸信息、構建覆蓋全民網絡以及太空中監(jiān)測地面的衛(wèi)星把大量數據快速高效傳回地面的解決方法?？梢哉f，它的應用前景十分樂觀，能在軍事和人民大眾中發(fā)揮巨大的作用。

它的用處還不僅僅如此，更多的表現在以下幾點：

（1）它的波長短。跟微波比較起來，它發(fā)射的口徑要小的多，它發(fā)射出去的角度比較小，不僅如此，它發(fā)射出去的光束更加的集中，不會由于過于分散而導致信息丟失，它所消耗的功率也非常低。最重要的是，它比較小方便隨身攜帶，十分方便，能更好的方便人們出行。

（2）它的頻率高。由于它有較高的頻率，導致它能夠快速高效的傳輸大量的數據，這對軍事化戰(zhàn)爭中即時獲取情報并做出反應以及及時的監(jiān)測地震等都有重大的用途。

（3）它的抵抗電磁波干擾的能力要明顯的超出微波，在軍事化戰(zhàn)爭中一些特殊場合有重要用途。

（4）它的方向性很好。由于它發(fā)射出來的光束比較窄，速度非常快，不容易被別人竊聽，同時也不容易丟失信息或者是信息傳輸出現問題，因此它這一特性令它在軍事上大放光彩。

由此可見，在這信息化的時代，先進的通信技術對于信息的傳送等有著重大的不可替代的作用。

2、歐美等國家現在的研究狀況

隨著激光通信這些特性的逐漸開發(fā)出來，越來越被人們熟知，使得它的研究開發(fā)成為了現代社會的一個熱門話題。美國、日本以及歐洲等眾多的發(fā)達國家領跑在世界的前列，它們投入了巨大的物力和人力來研發(fā)用激光來運輸信息這項技術。

在世界上眾多研發(fā)國家中，歐洲已經成為了在用激光運輸信息這項技術的引領者。有歐空局等眾多響名世界的公司做落在歐洲。其中，在科研界普遍認為德國的LCTSX和ESA的在衛(wèi)星之間用激光運輸信息的技術系統(tǒng)是世界研究歷史上的兩座具有劃時代意義的里程碑。

ESA是從1985年開始研究用激光運輸信息這項技術的，它的歷程之坎坷，耗時間之長讓人敬佩。最后取得了令世人矚目的成就，把世界通信帶入了一個新的時代。

德國采用的是二進制的相關技術，它歸屬于星空層次上的鏈路研究。在其研究過程中，曾進行了大量實驗來研究星空承載下的激光對于地面上的接通信息的系統(tǒng)的光接收機以及發(fā)射機在雷雨等變化無常的天氣時候的信號強弱。實驗結果不負眾望，零差BPSK技術在穿過大氣中的信息通訊有十分好的特性能力。但是有好就有壞，在信息傳送的過程中由于地球外層大氣等因素的影響，鏈路的錯誤率會明顯提高。但是現在科技還無法更有效的解決這一問題，所以要想讓通信技術邁上一個嶄新的臺階就必須解決這一問題。

在用光來傳遞信息方面，美國涉及時間也比較早，早在上世紀70年代美國都有相應的研發(fā)機構，其中具有代表性的是AFRL和NASA，并且在這方面取得了眾多的成就。例如：1994年研發(fā)成功了用于激光來運輸信息演示的系統(tǒng)，以此來驗證在外太空中較遠處的衛(wèi)星也能很好的把信息傳輸到地面。這項系統(tǒng)研發(fā)過程中涉及了精確的瞄準光束、前饋補償以及光束獲取等多項國際上的先進技術。

日本雖然不是世界上研究用光來運輸信息技術的最早的一批國家之一，但是其研發(fā)速度確實令人驚奇，短短十幾年時間就一躍成為世界上的引領者之一。東芝公司、CRL以及NEC是它的主要研發(fā)機構。它和美國的JPL于1995年一起研發(fā)成功了世界上第一個太空衛(wèi)星用光傳遞到地面的鏈接路徑，這一結果強有力的證明了用光把太空中衛(wèi)星獲取的信息傳遞到地面上的可行性。不僅如此，日本還在這一領域取得了其他許多的輝煌成就。例如：日本研制的用衛(wèi)星作為激光傳遞信息的終端。在2005年發(fā)射了一顆距離太陽較近并且跟太陽同步運行的衛(wèi)星，以此來驗證從LEO軌道用光把信息傳遞到地面的信號強弱的特點性能。

3、在空間里用激光來傳遞信息

要想用光傳遞信息，首先必須得有合適的發(fā)射器，為此科研人員研發(fā)了較高的功率且速率還比較快的發(fā)射器，它主要有調制器、溫度控制、光放大器、驅動器、功率控制以及激光器等重要部分組成，不僅如此，它還用到了光學濾波、電子濾波等技術來減小發(fā)射過程中產生的噪音。

有了發(fā)射裝置就必須擁有與之配套的接受裝置，否則如何接收信息。一般情況下，相干探測可以提高機器的靈敏度，使接受的信息更加完整、清晰。但是，使用這項技術局限性也比較大，必須要使接受裝置跟光有十分好的相互干擾的性質等，這也造就了這項技術比較復雜，成為了需要我們攻克的難題之一。除此之外，還有許多其他因素會對用光傳遞信息時造成干擾，導致信息丟失等，這就要求我們要繼續(xù)努力，爭取早日把這項技術應用到日常生活中，普及人們大眾。

4、用光運輸信息的發(fā)展前景

經過最近幾十年全世界科學家的努力研究、攻克重點技術、根據原理制作樣例、仿真模擬等，這項技術的未來發(fā)現方向越來越明朗，大致上可以歸納為兩個方向：

第一，有最初的兩點之間的傳遞運輸逐漸研發(fā)成類似網絡模式覆蓋全人類。不僅如此，還將把這項技術進一步研發(fā)，應用到航天、軍事、民用等等人類的各行各業(yè)中，可以說是讓人類邁進一個嶄新的時代。

第二是不斷的提高用光運輸信息的運輸速度。上世紀人類剛剛研發(fā)出這項技術時它的運輸速度還比較慢，因此為了更好的適應現代社會必須要提高其運輸速度。為此人類主要攻克大氣阻力以及改善接受裝置兩個方面的相關難題。

5、中國用激光運輸信息技術的研發(fā)進度

到目前為止，在用光運輸信息這項技術上，雖然我國還與美國等發(fā)達國家有一定的差距，但是多年來我國也取得了可觀的不容小覷的成果。我國主要是對于同一個問題從不同的角度去研究、攻克它。

在這個信息化高速發(fā)展的時代，我們國家應該把握住改革開放的有利條件，抓住時機，更加深入的研發(fā)這一技術，為我國早日實現全民光通信打下堅實的基礎。