微腔孤子光频梳或将提升自由空间激光通信技术

光通信技术是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。因此，具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。常用的光通信有：大气激光通信、光纤通信、蓝绿光通信、红外线通信、紫外线通信等。

日前，西安光学精密机械研究所利用新兴的微腔孤子光频梳代替传统的半导体可调谐激光阵列作为多载波光源，在相距1 km的自由空间光通信链路上实现了总速率为1.02 Tbps的并行数据传输。为未来大容量、长距离自由空间光通信发展提供了新途径。

何谓光频梳?它们就好比频域中的高精度 “尺子”，在光频梳的频谱里呈现等距频率的信号，在时域上它是稳定的激光脉冲序列。孤子，又称孤立波。微腔克尔孤子利用光学克尔效应补偿微腔内光学波包的色散，实现了具有高相干性的片上锁模激光，近年来在精密测量、时频标定、高速通讯等领域得到了广泛的关注。集成微腔光频梳技术已取得长足进步，在激光雷达、相干通信、精密光谱、微波光子学、集成光钟和量子光源等领域展示出优势。

空间激光通信系统是指以激光光波作为载波，大气作为传输介质的光通信系统。自由空间激光通信结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有大通信容量、高速传输的优点，又不需要铺设光纤，因此各技术强国在空间激光通信领域投入大量人力物力，并取得了很大进展。

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。系统可传递语音和进行计算机间数据通信。受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，从而使载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。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，然后将这一光信号转换成电信号，再将信号放大，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，最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。

接口电路将计算机与调制解调器连接起来，使两者能同步、协调工作;调制器把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器的发射总功率;解调是调制的逆过程，把接收到的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号将其送到接口电路;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，步调一致。

自由空间光通信存在的主要问题有以下几点：

(1)FSO是一种视距宽带通信技术，传输距离与信号质量的矛盾非常突出，当传输超过一定距离时波束就会变宽导致难以被接收点正确接收。在1km以下才能获得最佳的效果和质量，最远只能达到4Km。多种因素影响其达不到99.999%(五个9)的稳定性。

(2)FSO系统性能对天气非常敏感是FSO的另一个主要问题。晴天对FSO传输质量的影响最小，而雨、雪和雾对传输质量的影响则较大。据测试，FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、雾，50-300db/km。国外为解决这个难题，一般会采用更高功率的激光器二极管、更先进的光学器件和多光束来解决。

(3)城市内，由于建筑物的阻隔、晃动将影响两个点之间的激光对准。

(4)激光的安全问题也会影响其使用，超过一定功率的激光可能对人眼产生影响，人体也可能被激光系统释放的能量伤害。所以产品要符合眼睛安全标准。