自由空间光通信技术的发展

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７ ６ 电子元 器 件 主用
２０ ． Ｗ ． ｄ． ０ ８ Ｗ Ｗｅ ａ ｎ ３ ｃ ｃ
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第２ ８ 第 ３ １卷 年３ ０ ｏ 月期 ０
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Ｖ１Ｏ ｏ ０１ Ｎ． ． ３
Ｍａ＂ ｏ ８ ｌ ．２ ０
２０ 年３ ０ ８ 月
自由空 间光通信技术的发展
马 明祥
（ 国防科 学技 术 大学光 电科 学与工程 学院 ，湖 南 长沙 摘 ４ ０７） １０ ３
要 ： 自由空 间光 通信 （Ｓ ）又称 无 线光 通信 ，是 指 以激光 （ ）为载 波、 自由空 间为 ＦＯ ＭＨｚ
传输介 质 的一种通 信技 术。 文 中主要 介绍 了 自由空间光通 信 的优 势、特 点以及应 用价值 ，分 析 了 自由空 间光通 信 系统在 蓝绿激 光 水下通信 方面的 应用 。
语 音 、电视 、多媒 体 图像 的高 速双 向传输 。其 传 输 特点是 将 光束 以直线传 播 。和其 他无线 通信 相 比 ，该方 法 不需 要 频 率许 可 证 ，并 具 有频 带 宽 、 成 本低廉 、保 密性 好 、低 误码 率 、安装 快速 、抗 电磁干扰 、组 网方 便灵 活等优 点 。 根据 其使 用情 况 ， 自由空 间光 通信 可分 为点 对 点 、点对 多点 、环形 或 网格状通 信 等 。而从 光
光通信 技术产 生 了浓厚兴 趣 。同时 激光 大气 通信
技术也在 以下方 面取得 了较大突 破 ：
（）激 光器 的发 射功 率 和光 电器件 探 测 灵敏 １ 度 的提 高已能满 足 １ ｍ以 内通 信 的需求 ； ５ｋ
（） 自适 应变 焦 光 学天 线技 术 ，已经 解 决 了 ２
关 键 词 ： 无 线 ； 自 由 空 间 光 通 信 ；水 下 通 信 ； 激 光 ； 蓝 绿 激 光
Ｏ 引 言
光通 信技 术经历 了大气 通信 和光 波导 （ 纤） 光
通 信两个 发展 阶段 。在 上世纪６ 年代 ，处 在 大气 ０
（）光 波窄 带 滤 波技 术 和光 源 稳频 技 术 的成 ５ 熟 ，提 高 了系统 的稳定 性和可靠 性 ：
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第 ｌ卷 Ｏ
第３ 期
电手元 器 件 盔 用
Ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ Ｄｅ ｉｅ Ａ ｐ ｉａｉｎ ｌ ｃｒ ｎ ｃＣ ｍｐ ｎ ｎ ＆ ｖｃ ｐ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏ
Ｖｏ ．Ｏ Ｎｏ３ １ ． １ Ｍａ ．２ ０ ｒ ０８
（） 自动 跟踪 和 准 瞄技 术取 得 较大 进 展 ，基 ６
本上 已能满足Ｆ Ｏ系统 的要求 。 Ｓ
这 些新 的突 破都 为 自由空 间光通 信技 术 的发
窗 口的激光通 信 曾掀起 了世界性 的研 究热 潮 ，这
时的研 究也 主要集 中在 地面大气 的传输方 面 。然 而 ，由于 当时 诸多 客观 因素 ，特 别是 大气 衰减 和 大气湍 流 的不 利影 响 ，限制 了大气 中 自由空 间光 通信技 术 的发展 和实 际应用 。与大气 激 光通 信技
通信 Fra Baidu bibliotek星 际 （ 深空）光通 信 和水 下 光通 信 ，表 １ 所
手 段该技 术 的每兆 比特传输 费用则 更为经 济 。
列是对 自由空 间光通 信 的划 分 。
表 １ 自由空 间光 通信 的划 分
自由 大 气 层 光 通信 星地 ， 星机 ， 近地 ， …
３ 蓝 绿 激 光 水 下 通 信
术基本 同时起步 的是光 纤通信 ，低 损耗 光纤 波 导
展 与应 用提供 了坚强 的技术 保障 。
１ 自 由空 间光 通 信 技 术
自由 空 间光 通 信 （ 简称 Ｆ Ｏ Ｓ ）又 称 无 线 光 通 信 ，这是 一 种 以激光 （ ）为载 波 ，以 自由空 ＭＨｚ
间为传输 介 质的新 型通信 技术 。 自由空 间光 通信
和实用 化半 导体 激光器 的诞 生为 光纤通 信 的实 际
应用 打开 了大 门 ． 目前 光纤 通信 被认 为是 地 面有 线通信 最有 发展潜 力的重要 通信手 段 。 但 是 ．由于 无线通 信需求 的增长 和大 气 光通 信 技 术 的突 破 ，再 加 上 卫 星 激 光 通 信 的 快 速 发
展 ．从９ 年代 开始 ．人们 又开始 重新 对 自由空间 ０
系统一般 包括 三个 基本部 分 ：发射 机 、信 道 和接 收 机 。在 点对 点传 输 的情 况 下 ，每 一端都 设 有光
发射机 和光 接收机 ，可以实 现全双 工 的通信 。 系
统所 用 的基本技 术是 光 电转 换 。光发 射机 的光 源 在 电信号 的调制 下 ，通 过作 为天线 的光学 望远 镜 将光 信号 通过 自由空 间传输 信道 传送 到接 收机 望
远镜 ；而 在接 收机 中 ．望远 镜接 收光 信号 并将 它
聚 焦在光 电检 测器 中 ．再 由光 电检测 器将 光信 号
转 换成 电信号 。 Ｆ Ｏ可用于空 间及地 面间通 信 ．可进 行数 据 、 Ｓ
大气 中信息传输 特性 随机变化 的不利 影响 ： （）体 积 小 、重 量轻 、特性 好 的 收发 天 线 已 ３ 经研 制成功 ，安 装校 准仅需 几分钟 ，就 可 开通通 信链 ： （）有 限的调 制 宽带 内的信 号 压 缩编 码 技 术 ４ 能更大 容量地 传输 多路信号 ：
传播 的路 径或信 道来 看 ，光在 自由空 间 的传 播 介
质有 近 地 面 大气 层 、远离 地 面 的深 空 和水 三 种 ，
（）经济 性适 用性 强 ５
没有任 何设 计 、勘察 、工 程和 线路 费等 附加
费 用 ，较 其 他 （ 卫 星站 、短 波和 光 缆等 ）通 信 如
因此 ．根 据其传 输信 道特 征又 可分 为 ：大气 层 光