激光通訊技術(shù)

無(wú)線通訊激光通訊技術(shù)01技術(shù)簡(jiǎn)介發(fā)展光源涉及技術(shù)目錄03020405衛(wèi)星通信應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)特點(diǎn)目錄0706基本信息激光通訊技術(shù)為無(wú)線通訊的一種，它以光信號(hào)作為傳輸信息的載體，在大氣中直接傳輸。激光通訊技術(shù)由于其單色性好、方向性強(qiáng)、光功率集中、難以竊聽(tīng)、本錢(qián)低、安裝快等特點(diǎn)，而引起各國(guó)的高度重視。技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介大氣激光通訊為無(wú)線通訊的一種，它以光信號(hào)作為傳輸信息的載體，在大氣中直接傳輸。由于是無(wú)線通訊，它可隨意移動(dòng)到任何地點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)溝通。就概念而論，大氣傳輸光學(xué)線路非常簡(jiǎn)單，即用發(fā)射機(jī)將激光束發(fā)射到接收機(jī)即可。然而，在實(shí)際的大氣傳輸中，激光狹窄的光束對(duì)正確的接收有很高的要求，因此系統(tǒng)還應(yīng)包括主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)裝置。在空間傳輸中，激光系統(tǒng)必須有很強(qiáng)的排除雜光的能力，否則陽(yáng)光或其他照射光源就會(huì)沉沒(méi)激光束。在實(shí)踐中，需添加窄通濾光片，可以選擇接收激光波長(zhǎng)而阻擋其他的波長(zhǎng)。光源光源早期的激光通信技術(shù)所用光源多數(shù)為二氧化碳?xì)怏w激光器、YAG固體激光器、He-Ne氣體激光器等。二氧化碳?xì)怏w激光器輸出激光波長(zhǎng)為10.6μm，此波長(zhǎng)正好處在大氣信道傳輸?shù)牡蛽p耗窗口，是較為理想的通信用光源。與激光通信技術(shù)研究基本同步展開(kāi)的還有光纖波導(dǎo)通信，從而在技術(shù)上形成了激光通信中與傳統(tǒng)通信相對(duì)應(yīng)的激光無(wú)線通信（激光空間通信）和激光有線通信（激光光纖通信）。

發(fā)展發(fā)展1975年，世界上第一條光纖通信實(shí)驗(yàn)應(yīng)用線路在美國(guó)芝加哥開(kāi)通，揭開(kāi)了光纖通信應(yīng)用的序幕。此后，隨著光纖制作技術(shù)、半導(dǎo)體器件技術(shù)、光通信系統(tǒng)技術(shù)的不斷完善和成熟，光纖通信從80年代起在全世界掀起了應(yīng)用的熱潮，并迅速被確認(rèn)為是地面有線通信最有發(fā)展?jié)摿Φ闹匾耐ㄐ攀侄?，以致得到了一日千里的發(fā)展和推廣應(yīng)用。與此同時(shí)，激光大氣通信技術(shù)由于器件技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)和大氣信道光傳輸特性本身的不穩(wěn)定性等諸多客觀因素一時(shí)得不到很好的解決和彌補(bǔ)，便在轟轟烈烈的光纖通信熱潮中，隱退得幾乎無(wú)影無(wú)蹤。1989年美國(guó)FARANT1儀器公司成功地研制出一種短距離、隱蔽式的大氣激光通信系統(tǒng)。1990年，美國(guó)試驗(yàn)了適用于特種戰(zhàn)爭(zhēng)和低強(qiáng)度戰(zhàn)爭(zhēng)需要的紫外光波通信，這種通信系統(tǒng)完全符合戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的要求，通信距離為5~2km。如果對(duì)光束進(jìn)行適當(dāng)處理后，通信距離可達(dá)5~10km。90年代初，俄羅斯隨著其大功率半導(dǎo)體激光器件的研制成功，開(kāi)始了激光大氣通信系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)用化研究。隨后不久便相繼推出了10km以?xún)?nèi)的半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)并在莫斯科、瓦洛涅什、圖拉等城市得以應(yīng)用。在瓦洛涅什城瓦涅什河兩岸相距離4km的兩個(gè)能源站（電力站）之間，五年前架設(shè)起了半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)傳輸8路數(shù)字。1998年，巴西AVIBRAS宇航公司公布了該公司研制的一種便攜式半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)。這種通過(guò)激光器聯(lián)通線路的軍用紅外通信裝置，其外形如同一架雙筒望遠(yuǎn)鏡，在上面安裝了激光二極管和麥克風(fēng)。涉及技術(shù)涉及技術(shù)激光大氣通訊系統(tǒng)得以實(shí)用化涉及的關(guān)鍵技術(shù)，主要有連續(xù)波大功率激光器技術(shù)；自適應(yīng)變焦技術(shù)；光波窄帶濾波技術(shù)；光源穩(wěn)頻技術(shù)；信號(hào)壓縮編碼技術(shù)；光學(xué)天線設(shè)計(jì)制作和安裝校準(zhǔn)技術(shù)等。國(guó)外用于大氣激光通訊的半導(dǎo)體激光器和接收器件已實(shí)現(xiàn)了商品化。據(jù)報(bào)道，美國(guó)、日本及俄羅斯等國(guó)都相繼推出了適用于半導(dǎo)體激光大氣通訊的大功率器件，連續(xù)輸出光功率可從數(shù)十毫瓦到數(shù)瓦。衛(wèi)星通信歐空局SILEX計(jì)劃日本SILEX-LUCE計(jì)劃瑞士OPTEL高性能激光通信終端系列德國(guó)的TerraSAR-X激光通信終端衛(wèi)星通信歐空局SILEX計(jì)劃SILEX計(jì)劃是歐空局(ESA)于20世紀(jì)80年代開(kāi)始的星間激光通信計(jì)劃，由法國(guó)的MatraMarconiSpac全面負(fù)責(zé)，目的是要通過(guò)法國(guó)地面觀測(cè)衛(wèi)星SPOT4(低軌衛(wèi)星)與通信衛(wèi)星ARTEMIS(高軌衛(wèi)星)之間的光學(xué)連接證實(shí)星間激光通信的可行性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)ARTEMIS衛(wèi)星與歐洲光學(xué)地面站的激光通信，并借助激光通信鏈路將SPOT4拍攝的圖像真正實(shí)時(shí)地通過(guò)ARTEMIS衛(wèi)星傳送到法國(guó)的地面中心。激光通信終端的主要技術(shù)參數(shù)：通信速率為上行50Mbit/s(低軌衛(wèi)星→高軌衛(wèi)星),下2Mbit/s(高軌衛(wèi)星→低軌衛(wèi)星)；通信最大距離km；通信激光器為GaAlAs激光二極管，直接光強(qiáng)調(diào)制；接收檢測(cè)器為雪崩光電二極管；信標(biāo)激光器為多激光二極管(×19光纖耦合)；跟蹤位置探測(cè)器為CCD；望遠(yuǎn)鏡孔徑為250mm。SILEX激光通信終端的技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)具有重要參考價(jià)值,現(xiàn)總結(jié)如下：激光通信系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：1)低軌衛(wèi)星終端(PASTEL)：波長(zhǎng)為843～853nm，激光功率為120mW(峰值)/60mW(平均)，光束發(fā)散度為10mrad,調(diào)制方式為OOKDIM，數(shù)據(jù)速率為50Mb/s，望遠(yuǎn)鏡口徑<250mm，接收視場(chǎng)(APD)為100mrad，接收靈敏度為-59dBm，質(zhì)量為80kg。2)高軌衛(wèi)星終端(OPALE)：波長(zhǎng)為815～825nm，激光功率為120mW(峰值)/60mW(平均)，光束發(fā)散度為16mrad，調(diào)制方式為OOKDIM，數(shù)據(jù)速率為2Mb/s，望遠(yuǎn)鏡口徑<250mm，接收視場(chǎng)(APD)為100mrad，質(zhì)量為160kg。日本SILEX-LUCE計(jì)劃LUCE終端的工程模型(EM)與軌道模型(OM)基本相同，主要由光學(xué)部分(LUCE-O)和電學(xué)部分(LUCE-E)構(gòu)成。LUCE-O安裝在OICETS衛(wèi)星背對(duì)地球的一面，正對(duì)高軌衛(wèi)星ARTEMIS的視場(chǎng)。LUCE-O包括安裝在兩軸U型萬(wàn)向架上的光學(xué)天線和中繼光學(xué)平臺(tái)。激光發(fā)射機(jī)采用GaAlAs半導(dǎo)體激光二極管，粗跟蹤傳感器采用CCD探測(cè)器，精跟蹤傳感器采用四像限探測(cè)器QD.LUCE-E位于衛(wèi)星內(nèi)部，控制LUCE-O的捕獲、跟蹤與瞄準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)通信功能(PN碼)。主要技術(shù)指標(biāo)為：通信激光發(fā)射平均功率為100mW，波長(zhǎng)為830nm；調(diào)制模式為非歸零碼(NRZ)直接強(qiáng)度調(diào)制；通信速率為50Mb/s，望遠(yuǎn)鏡口徑為260mm；終端質(zhì)量為140kg。瑞士OPTEL高性能激光通信終端系列在發(fā)展SILEX計(jì)劃的同時(shí)，瑞士的Contraves空間中心在歐空局衛(wèi)星星座鏈路(Thecrosslinksforsatelliteconstellations,SROIL)，星間鏈路先進(jìn)技術(shù)(IntersatelliteLinkFrontEnd,ISLFE)和通用技術(shù)(OpticalCrossLinks,OXL)等的多個(gè)合作計(jì)劃的先期研究基礎(chǔ)上，以工業(yè)化應(yīng)用為目標(biāo)，設(shè)計(jì)和發(fā)展了OPTEL系列的激光通信終端，以滿足各種空間應(yīng)用的需求，所發(fā)展和解決的主要關(guān)鍵技術(shù)是高碼率零差相干光通信技術(shù)。OPTEL系列屬于高性能激光通信終端，已經(jīng)達(dá)到高碼率、小型化、輕量化和低能耗要求。終端系列采用1.064mm相干接收零差探測(cè)技術(shù)，發(fā)射信號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制。如OPTEL-25：通信激光器采用二極管抽運(yùn)單頻單?？烧{(diào)諧Nd:YAG激光加光纖激光放大器的主振-放大結(jié)構(gòu)(MOPA)，發(fā)射波長(zhǎng)為1.064mm，采用808nm激光二極管抽運(yùn)；摻鐿光纖放大器采用波長(zhǎng)977nm激光二極管抽運(yùn)，激光系統(tǒng)的輸出功率為1.25W；變窗口CCD傳感器用于捕獲和粗跟蹤，微機(jī)械光纖掃描位置探測(cè)器用于精跟蹤和通信；信標(biāo)激光為激光二極管，光波長(zhǎng)為808nm，最大輸出功率可達(dá)7W；望遠(yuǎn)鏡口徑為135mm。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重大參考價(jià)值，現(xiàn)詳細(xì)說(shuō)明如下：發(fā)射和本機(jī)激光器的抽運(yùn)模塊，信標(biāo)激光器：波長(zhǎng)為808nm，譜線寬度為2.1nm/1.6A，波長(zhǎng)漂移為0.3nm/℃，光輸出功率為1.1W，最大光輸出功率為7W，Plug接線效率為20%，輸出光纖為100mmMM多模光纖，外殼100mm×122mm×46mm，重量為256g，正常功耗為12W，第一階本征頻率為272Hz，非工作溫度范圍-40～+65℃。發(fā)射和本機(jī)振蕩激光器：波長(zhǎng)為1064nm，線寬10kHz，輸出功率為80mW，頻率調(diào)諧范圍為12.德國(guó)的TerraSAR-X激光通信終端TerraSAR-X衛(wèi)星是德國(guó)新的合成口徑雷達(dá)衛(wèi)星，是德國(guó)用于科學(xué)和商業(yè)應(yīng)用的國(guó)家級(jí)項(xiàng)目。該衛(wèi)星計(jì)劃搭載一個(gè)激光通信終端LCT，通信速率為5.625Gb/s(24×225Mb/s)，可以用來(lái)進(jìn)行星間激光通信(美國(guó)的低軌衛(wèi)星)和星地激光通信，用于實(shí)時(shí)傳輸合成孔徑雷達(dá)上的數(shù)據(jù)。終端通信波長(zhǎng)為1.064mm，采用相干光通信方案，二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制，零差相干檢測(cè)。望遠(yuǎn)鏡主鏡直徑為125mm。終端質(zhì)量小于30kg，功耗低于130W，并且保證在十年使用過(guò)程中的可靠度超過(guò)0.9998。技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)與傳統(tǒng)的無(wú)線電通訊手段相比，激光大氣通訊具有安裝便捷、使用方便等特點(diǎn)，很適合于在特殊地形、地貌及有線通訊難以實(shí)現(xiàn)和機(jī)動(dòng)性要求較高的場(chǎng)所工作。此外，激光大氣通訊系統(tǒng)跟其他無(wú)線電通訊手段相比，還具有不擠占寶貴的無(wú)線電頻率資源、電磁兼容性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)、且不干擾其他傳輸設(shè)備、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且在有效通訊間隔和寬帶等方面還蘊(yùn)躲著巨大的發(fā)展?jié)摿?。與光纖通訊相比，使用新技術(shù)光通訊設(shè)備還