说到激光通信，多数人会感到有些陌生，但如果提到光纤通信，恐怕无人不晓。激光通信与光纤通信同属光通信范畴，只是传输的介质不同而已。
什么是激光通信
光纤通信是将光信号限制在细微的光纤中进行长距离传输，自由空间无线光通信则涵盖星地和星间等多种信道，包括宇宙空间传播、大气传播甚至水下传播。
激光通信实际上指的是自由空间无线光通信，它利用激光作为载体，将信息加载到激光上发送出去，携带了信息的光信号在自由空间进行传输，到了接收端再利用望远镜将畸变了的光信号收集到光电探测器上进行光电转换，进一步根据信息的加载方式就可以还原出发送信息，实现双方的通信。
空间光通信是目前解决数据传输瓶颈最有效可行的技术途径之一。值得注意的是，虽然光通信在地面光纤通信系统中取得了巨大成功，但空间光通信的发展不能照搬地面光纤通信的发展思路。这是因为空间激光通信技术和光纤通信技术既有相同、也有不同。具体表现在：
1
空间激光通信和光纤通信均以光频电磁波作为信息载波，因此均可以获得极高的信息传输速率；
2
在通信原理和体制上是相同的，均包括相干光通信和非相干光通信两种通信体制。非相干通信采用强度调制，直接探测方式进行通信，通过接收端直接判断光信号的强度，由于受到背景光噪声和接收机的电子学噪声影响，接收灵敏度较低。相干激光通信技术采用相位调制/相干探测方式进行通信，可以实现仅对接收窄带微弱光信号的放大，避免了采用电子学放大引入的信噪比下降；
3
在传输介质上是不同的。空间激光通信中的激光在自由空间中传播，因此存在巨大的传输损耗；光纤通信中的光在光纤中传播，可以获得很小的传输损耗；
4
通信收发端机安装的平台不同。空间激光通信端机一般安装在卫星或者其他空间飞行器平台上，参与通信的两个端机之间的空间位置是时刻变化的，这就需要考虑和解决通信之前的相互捕获，通信过程中的相互跟踪问题；
5
通信链路不同。空间激光通信链路距离从千公里到数亿公里不等，并且链路之间不可能有中继放大，这与地面光纤通信千公里的链路距离相比实现起来更加困难。
针对最主要的光信号衰减问题，科学家已经找到了比较可靠的解决方案，即相干激光通信技术。2017年初，中科院上海光机所已成功完成了星地高速相干激光通信实验的在轨测试，在星地链路距离1000 km以上，通信速率20 Mbps,传输的图片清晰。
激光通信优势明显 应用潜力巨大
一套完整的激光通信系统主要包括光学瞄准、捕获、跟踪分系统和光通信发射接收分系统。光学瞄准、捕获、跟踪分系统主要负责空间激光通信链路的建立和保持。其中光跟瞄系统也是空间激光通信系统所特有，在光纤通信中是不存在的。
由于空间激光通信端机的光束发散角非常小，因此，具有高度的定向性。同时，这也大大降低了通信过程中信息被截取的可能性，目前还没有截获空间激光通信信息的可行手段，这使得激光通信具有高度的保密性。而能量的高度集中,使得落在接收机望远镜天线上的功率密度高，发射机的发射功率可大大降低，功耗相对较低。这对应用于能源成本高昂的空间通信来说是非常适用的。
激光在水下通信中也有很大的应用空间。据西安理工大学自动化与信息工程学院教授、光电技术实验室主任柯熙政介绍，水是一种特殊的介质，它与大气一样，都是流体，但电磁波在其中的衰减程度更大。传统的无线电波想要穿透海水，必须使用频率极低的波段，携带的信息量十分有限，传输时间长。然而，研究发现，激光中存在一个频段——波长为450～570 nm的蓝绿光，海水对其吸收损耗较小，它通过海水时，不仅穿透能力强，而且方向性极好。因此，激光通信也是深海中传输信息的重要方式之一，可以用于对潜通信、探潜探雷、测深等领域。
激光通信更为重要的优势还在于，目前，全世界范围内无线电频谱资源日趋匮乏，而国际上对激光通信频谱并没有实行管制，可以自由使用。
因此，目前激光通信被广泛关注的领域主要是航天、军事领域，但事实上，激光通信在民用领域也大有可为，包括地面间的短距离通信、应急通信等。比如海岸与海岛之间的通信、山与山之间的通信、楼房与楼房之间的通信，甚至移动通信的基站与交换局之间都可以尝试采用激光链路。此外，举办世界杯、奥运会用的大型体育场馆，它们多是临时使用，专门铺设光纤成本高、利用率低。因此，将来可以考虑在比赛期间，临时布置激光通信线路。
国外商业化运作先行一步
激光通信是未来通信世界的重要组成部分，为此，世界各国很早就开展了相应的研究和尝试。早在1995年，日本工程测试卫星（ETS-VI）就在美国NASA的协助下首次实现了星地通信；2001年，欧洲首次开展了星间激光通信试验；2004年，日本也开展了星间激光通信试验；同年，俄罗斯宇航员首次实现了空间站与北高加索地面站的高速激光通信。
不仅如此，早在2014年，美国已经开始激光通信的商业化运作了。
美国通信技术公司Anova于2014年2月开始布局激光通信网络，以取代光纤和微波无线网络。他们在纽交所和纳斯达克的数据中心之间建立激光通信网络，直线距离大约是55 km，中途修建6-7个激光基站。
Anova的技术人员采用红外激光，在雨天和大雾中也能正常传输数据，解决了激光通信易受天气等环境因素影响的问题。此外，他们在基站里还安装了稳定系统，并通过计算机实时纠正激光的偏差，也解决了激光跟瞄难的问题。
中国科学院上海光机所研究员孙建锋曾作过一个比喻来解释激光跟瞄的难度。“一束激光从上海打到北京的光斑大小仅为10 m左右，它的难度就像在1 km外将激光穿过1 mm的针孔。”
根据Anova公司提供的信息，Anova的激光通信网络能够提供2 Gbps的带宽，大约是之前该公司提供的微波通信网络的数百倍。而用户方面除了交易所以外，有超过40家投资公司和基金已经决定在网络建成后成为该技术的第一批用户。
而我国空间激光通信的研究方面，哈尔滨工业大学、长春理工大学、航天五院西安分院、北京大学、电子科技大学、武汉大学、华中科技大学、中科院上海光机所等都有所研究。其中，最引人关注的是，2012年中国“海洋二号”卫星采用直接探测通信方式，实现了约500 Mbps的卫星与地面高速激光通信；2017年初，中科院上海光机所已成功完成了星地高速相干激光通信实验的在轨测试；而民用领域例如海岛之间、楼宇之间的激光通信应用尚未见到有关报道。
参考文献：
1.中国科学报
2.方兴未艾的新型空间信息传输技术——空间激光通信技术及其链路分类[J]光电产品与资讯，2014,9:24-26
3.卫星激光通信的发展现状与趋势[J]光电产品与资讯，2014,9:27-30
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