未来的通信领域对于激光的空间应用

于彦峰　朱锦

摘要：本文阐述了国外在通信技术上对于空间激光的使用，尤其是日本、美国和欧洲等国家对于该项技术的研究现状，同时对于该技术进行了总体的综述，对于国内外相应的指标和系统的参数进行了总结，对于我国的技术发展作了一定的指导意义。未来的通信发展方向，就发展模式而言不再仅仅限于单一的模式，而会朝空间构建以及中继转发的方向发展，就通信速率而言也会随着空间激光的技术的使用使其越来越快。文章最后对于我国的相关技术发展的现状做了进一步研究和说明。

关键词：激光通信，发展趋势，通信领域

1、前提

经过多年来各个国家研究部门的倾力研究，取得了重大的进展，它已经成了国家用来解决用微波传输信息、构建覆盖全民网络以及太空中监测地面的卫星把大量数据快速高效传回地面的解决方法。可以说，它的应用前景十分乐观，能在军事和人民大众中发挥巨大的作用。

它的用处还不仅仅如此，更多的表现在以下几点：

（1）它的波长短。跟微波比较起来，它发射的口径要小的多，它发射出去的角度比较小，不仅如此，它发射出去的光束更加的集中，不会由于过于分散而导致信息丢失，它所消耗的功率也非常低。最重要的是，它比较小方便随身携带，十分方便，能更好的方便人们出行。

（2）它的频率高。由于它有较高的频率，导致它能够快速高效的传输大量的数据，这对军事化战争中即时获取情报并做出反应以及及时的监测地震等都有重大的用途。

（3）它的抵抗电磁波干扰的能力要明显的超出微波，在军事化战争中一些特殊场合有重要用途。

（4）它的方向性很好。由于它发射出来的光束比较窄，速度非常快，不容易被别人窃听，同时也不容易丢失信息或者是信息传输出现问题，因此它这一特性令它在军事上大放光彩。

由此可见，在这信息化的时代，先进的通信技术对于信息的传送等有着重大的不可替代的作用。

2、欧美等国家现在的研究状况

随着激光通信这些特性的逐渐开发出来，越来越被人们熟知，使得它的研究开发成为了现代社会的一个热门话题。美国、日本以及欧洲等众多的发达国家领跑在世界的前列，它们投入了巨大的物力和人力来研发用激光来运输信息这项技术。

在世界上众多研发国家中，欧洲已经成为了在用激光运输信息这项技术的引领者。有欧空局等众多响名世界的公司做落在欧洲。其中，在科研界普遍认为德国的LCTSX和ESA的在卫星之间用激光运输信息的技术系统是世界研究历史上的两座具有划时代意义的里程碑。

ESA是从1985年开始研究用激光运输信息这项技术的，它的历程之坎坷，耗时间之长让人敬佩。最后取得了令世人瞩目的成就，把世界通信带入了一个新的时代。

德国采用的是二进制的相关技术，它归属于星空层次上的链路研究。在其研究过程中，曾进行了大量实验来研究星空承载下的激光对于地面上的接通信息的系统的光接收机以及发射机在雷雨等变化无常的天气时候的信号强弱。实验结果不负众望，零差BPSK技术在穿过大气中的信息通讯有十分好的特性能力。但是有好就有坏，在信息传送的过程中由于地球外层大气等因素的影响，链路的错误率会明显提高。但是现在科技还无法更有效的解决这一问题，所以要想让通信技术迈上一个崭新的台阶就必须解决这一问题。

在用光来传递信息方面，美国涉及时间也比较早，早在上世纪70年代美国都有相应的研发机构，其中具有代表性的是AFRL和NASA，并且在这方面取得了众多的成就。例如：1994年研发成功了用于激光来运输信息演示的系统，以此来验证在外太空中较远处的卫星也能很好的把信息传输到地面。这项系统研发过程中涉及了精确的瞄准光束、前馈补偿以及光束获取等多项国际上的先进技术。

日本虽然不是世界上研究用光来运输信息技术的最早的一批国家之一，但是其研发速度确实令人惊奇，短短十几年时间就一跃成为世界上的引领者之一。东芝公司、CRL以及NEC是它的主要研发机构。它和美国的JPL于1995年一起研发成功了世界上第一个太空卫星用光传递到地面的链接路径，这一结果强有力的证明了用光把太空中卫星获取的信息传递到地面上的可行性。不仅如此，日本还在这一领域取得了其他许多的辉煌成就。例如：日本研制的用卫星作为激光传递信息的终端。在2005年发射了一颗距离太阳较近并且跟太阳同步运行的卫星，以此来验证从LEO轨道用光把信息传递到地面的信号强弱的特点性能。

3、在空间里用激光来传递信息

要想用光传递信息，首先必须得有合适的发射器，为此科研人员研发了较高的功率且速率还比较快的发射器，它主要有调制器、温度控制、光放大器、驱动器、功率控制以及激光器等重要部分组成，不仅如此，它还用到了光学滤波、电子滤波等技术来减小发射过程中产生的噪音。

有了发射装置就必须拥有与之配套的接受装置，否则如何接收信息。一般情况下，相干探测可以提高机器的灵敏度，使接受的信息更加完整、清晰。但是，使用这项技术局限性也比较大，必须要使接受装置跟光有十分好的相互干扰的性质等，这也造就了这项技术比较复杂，成为了需要我们攻克的难题之一。除此之外，还有许多其他因素会对用光传递信息时造成干扰，导致信息丢失等，这就要求我们要继续努力，争取早日把这项技术应用到日常生活中，普及人们大众。

4、用光运输信息的发展前景

经过最近几十年全世界科学家的努力研究、攻克重点技术、根据原理制作样例、仿真模拟等，这项技术的未来发现方向越来越明朗，大致上可以归纳为两个方向：

第一，有最初的两点之间的传递運输逐渐研发成类似网络模式覆盖全人类。不仅如此，还将把这项技术进一步研发，应用到航天、军事、民用等等人类的各行各业中，可以说是让人类迈进一个崭新的时代。

第二是不断的提高用光运输信息的运输速度。上世纪人类刚刚研发出这项技术时它的运输速度还比较慢，因此为了更好的适应现代社会必须要提高其运输速度。为此人类主要攻克大气阻力以及改善接受装置两个方面的相关难题。

5、中国用激光运输信息技术的研发进度

到目前为止，在用光运输信息这项技术上，虽然我国还与美国等发达国家有一定的差距，但是多年来我国也取得了可观的不容小觑的成果。我国主要是对于同一个问题从不同的角度去研究、攻克它。

在这个信息化高速发展的时代，我们国家应该把握住改革开放的有利条件，抓住时机，更加深入的研发这一技术，为我国早日实现全民光通信打下坚实的基础。