激光通信技术原理和特点

激光除了用于工业焊接、打孔，医用激光手术刀，以及激光测距、激光雷达、激光武器等军事用途之外，激光还有一种用途，就是通信。激光传输信息的通信方式叫做激光通信，包括利用大气作为传输媒质的大气激光通信，以及利用光纤传输光信号的光线通信。之所以能被用于通信，主要是因为激光是一种方向性极好的单色相干光。

激光通信的特点

激光本身具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征，除了语言信息语言，它还能传输文字、数据、图像等信息。

1、激光通信的优点

a、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。

b、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。

c、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。

2、激光通信的缺点

a、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。

b、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。

c、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。

激光通信系统组成和原理

大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（声音或数据），接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。

激光通信系统通信过程：受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，这样载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。接收是另一端的激光通信机通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，将这一光信号转换成电信号，再将这一光信号放大，用阈值探测方法检出有用信号，再经过解调电路滤去基频分量和高频分量，还原出语音信号，Z后通过功放经耳机接收，完成语音通信。当开关k掷向下时，可传递数据，进行计算机间通信，这相当于一个数字通信系统。它由计算机、接口电路、调制解调器、大气传输信道等几部分组成，其基本模式如下图中相关部分所示。

接口电路的作用是将计算机与调制解调器连接起来，使之能同步、协调工作。调制器的作用是把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形通信使激光器发光，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器发射总功率。解调是调制的逆过程，它是把接收的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号送到接口电路。同步系统是数字通信系统中的重要组成部分之一，其作用是使通信系统的收、发端有统一的时间标准，使收端和发端步调一致。

卫星激光通信技术

卫星激光通信具有通信容量大、传输距离远、保密性好等优点，是建设空间信息高速公路不可替代的手段，也是当前国际信息领域的前沿科学技术。尤其是高轨星地激光通信技术，技术难度极大，是当前各国竞相开发的热点。

2017年，我国新一代高轨技术试验卫星实践十三号搭载的激光通信终端，成功进行了国际首次高轨卫星对地高速激光双向通信试验。本次试验任务达到预期效果，取得圆满成功，标志着我国在空间高速信息传输这一航天技术领域走在了世界前列，为后续天地一体化信息网络国家重大科技工程的实施奠定了坚实基础，意义重大，影响深远。

卫星激光通信实现创新跨越发展，是我国航天科技自主创新和军民融合发展的典范。近年来，国防科工局在航天发展中，始终坚持国家引ling，瞄准技术前沿。此次试验任务，国防科工局近二十年如一日，支持哈工大从预先研究到完成海洋二号低轨卫星对地激光通信试验，再到实践十三号卫星成功实现高轨卫星对地激光通信，有力地保障了从基础技术研究到飞行产品验证再到推进产业化发展的良性循环。