激光通信

激光通信光通信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，它具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。光波按其波长长短，依次可分为红外线光、可见光和紫外线光。红外线光和紫外线光属不可见光，它们同可见光一样都可用来传输信息。光通信按光源特性可分为激光通信和非激光通信；按传输媒介的不同，可分为有线光通信和无线光通信。常用的光通信激光通信光纤通信蓝绿光通信红外线通信紫外线通信1、激光通信信息以激光束为载波，沿大气传播。它不需要敷设线路，设备较轻，便于机动，保密性好，传输信息量大，可传输声音、数据、图像等信息。大气激光通信易受气候和外界环境的影响，一般用作河湖山谷、沙漠地区及海岛间的视距通信。2、光纤通信是一种有线通信，光波沿光导纤维传输。光源可以是激光器（又称半导体激光二极管），也可以是发光二极管。光纤通信传输衰减小、容量大、不受外界干扰、保密性好，可用于大容量国防干线通信和野战通信等。3、蓝绿光通信是一种使用波长介于蓝光与绿光之间的激光，在海水中传输信息的通信方式，是目前较好的一种水下通信手段。4、红外线通信是利用红外线（波长300～0.76微米）传输信息的通信方式。可传输语言、文字、数据、图像等信息，适用于沿海岛屿间、近距离遥控、飞行器内部通信等。其通信容量大、保密性强、抗电磁干扰性能好，设备结构简单，体积小、重量轻、价格低。但在大气信道中传输时易受气候影响,传输的距离也就是4000米。5、紫外线通信是利用紫外线（波长0.39～60×10微米）传输信息的通信方式。其基本原理与红外线通信相似，与红外线通信同属非激光通信。因为激光是一种方向性极强的相干光，沿光纤传输是目前最理想的恒参信道。从发展的观点看，激光通信特别是光纤通信将被广泛采用。激光通信的原理无线激光通信设备的激光通信终端每一侧分别包括专用望远物镜(Telescope)、激光收发器部分、线路接口、电源、机械支架，部分厂商的设备还包括伺服、监控、远程管理等部分。激光是一种光波，也具有电磁波的性质。然而。激光与一般的无线电波又有明显的不同，激光的频率为几亿兆周，是微波（超高频电磁波）频率的10万倍以上。由波长与波速C及频率的关系式可知，激光的波长非常短，所以其波动性远比无线电波差。相反，激光却具有奇特的粒子性，因而使它在军事通信中成为引人注目的“后起之秀”。激光通信与无线电通信基本相似，在发送端用激光器发出的激光作为载波。话音信号通过发话器变为电信号送入调制器，调制器控制载波的某个参数（频率、振幅或相位）使其按话音的变化把话音信号寄载在激光光波上，通过发射望远镜(也称发射天线）发送出去在媒质中传播。在接收端，接收望远镜（也称接收天线）将激光信号按发送端的逆方向转化为话音信号。根据传输媒质的不同，激光通信可分为宇宙通信（激光在大气层以外的宇宙空间传播）、大气通信（激光在大气层以内传播）、水下通信（激光在水下传播）以及光纤通信（激光在光导纤维内传播）。1．无须授权执照无线激光通信工作频段在365～326THz（目前提供无线激光通信设备的厂商使用的光波长范围多在820nm～920nm），设备间无射频信号干扰，所以无需申请频率使用许可证。2．安全保密激光的直线定向传播方式使它的发射光束窄，方向性好,激光光束的发散角通常都在毫弧度，甚至微弧度量级，因此具有数据传递的保密性，除非其通信链路被截断，否则数据不易外泄。3．实施成本相对低廉无须进行昂贵的管道工程铺设和维护，其造价约为光纤通信工程的五分之一。4．建网快速无线激光通信建网速度快，只须在通信点上进行设备安装，工程建设以小时或天为计量单位，适合临时使用和复杂地形中的紧急组网。对于重新撤换部署也很方便容易。5．协议的透明性以光为传输机制，任何传输协议均可容易的迭加上去，电路和数据业务都可透明传输。6．设备尺寸小由于光波波长短（约零点几微米到几十微米），在同样功能情况下，光收发终端的尺寸比微波、毫米波通信天线尺寸要小许多，具有功耗小、体积小、重量轻等特点。7．信息容量大光波作为信息载体可传输达10Gbit/s的数据码率。Lucent贝尔实验室不久前演示了其“无线激光通信数据链路”，并且创造了在2.4公里的自由空间距离上以2.5Gbit/s的速率无差错传输信息的世界记录。目前已经商用的无线激光设备，最高速率已达622Mbit/s。无线激光通信的缺点1．只能在视线范围内建立链路两个通信点之间视线范围内必须无遮挡，必要的时候需要考虑线路中间将来可能出现的树木，建筑物的遮挡。对于中间存在障碍物而不可直视的两点之间的传输，可以通过建立一个中继站实现连接。2．通信距离受限目前用于地面民用无线激光通信的设备所能达到的距离一般为200m到6000m,受安全发送功率、数据速率、天气等条件的限制，实际使用的距离要短一些。延长直视的两点之间的传输距离可以通过建立中继站的方法。3．天气影响链路的可靠性天气因素尤其是大雾所引起的光的色散影响激光通信的可靠性。据测算，当距离在200～500米之间时，全球大部分地区均可达到99.999%的通信要求。4．安装点的晃动影响激光对准楼顶晃动(受日光，风力的影响)将影响两个点之间的激光对准，使链路质量下降。5．意外因素使通信链路的阻断，可用性受限制点对点及点对多点模式中，如有一条链路被隔断(如飞鸟经过链路空间)，通信将受阻。激光通信应用举例1在不具备接入条件(如：复杂地形)或带宽不足时提供高效的接入方案在通信链路跨越高速公路、河流、拥挤的城区时，由于地理条件的限制无法敷设光纤线路时，采用无线激光通信可以有效解决。2解决综合业务接入的“最后一公里”对智能小区的宽带接入，大企业Intranet的互连，大客户的宽带接入提供一种快速灵活的方案，可提供2～622Mbit/s的带宽。3提供室内外、临近局域网之间的互连互通当两座楼宇之间的办公室需要建立一条通信链路，其他通信方式不能较好的解决时（带宽、价格、线路资源），采用无线激光通信可快速解决。4对于特殊要求的线路进行备份以及应急临时链路和意外恢复在突发的自然或人为意外灾害中，原有通信线路被破坏，难以立即恢复时，或者在一些特殊地方发生突发事件，需要应急通信，采用无线激光通信进行快速的部署。另外对于一些大型的集会（如运动会、庆祝会等）需要快速建立一些临时链路用于现场通信。激光通信应用前景激光用于卫星通信前景乐观目前，卫星通信大多采用无线电波进行数据交换，而用激光代替无线信号进行数据传输可以将传输速率提高一百倍。最近，Tesat-Spacecom公司组织在德国TerraSAR-X雷达卫星与美国NFIRE卫星之间进行了激光传输数据的空间探测实验，其通信领域覆盖空间5000km范围，此次测试获得的带宽是传统无线通信数据传输带宽的100倍，数据传输速率相当于每小时400DVDs。这一传输速率及带宽有望实现未来多个卫星之间的大数据包传输，如从地球探测卫星向地面发送图像数据包。这种新型卫星通信的另外一种优势是激光比无线电波更容易聚焦，这意味着数据传输的方向性更准确。在德国空间中心的资助下，德国弗朗霍夫激光技术研究院（ILT）的研究人员开发了探测卫星搭载的二极管激光泵浦模块。“这些模块必须承受卫星在发射期间的振动和加速力，还需要克服空间极其恶劣的环境，如极端辐射和强烈温差，”ILT研发主管MartinTraub介绍说，“我们预先在极端条件下测试了泵浦模块，假定极端条件为温度-35℃-60℃，重力加速度是地球表面的1300倍，以及伽马射线辐射。”空间用的激光模块体积不能太大、重量也不能太重，其大小相当于一个火柴盒，重量相当于130g的巧克力条。Traub说“通过选择合适的材料和成熟的构造，我们制得了重量最轻的模块”。虽然模块的重量问题已经解决，但还存在着激光器如何散热的技术难题。