激光通信

激光是一種方向性極好的單色相干光。利用激光來有效地傳送信息，叫做激光通信。

激光通信系統組成設備包括髮送和接收兩個部分。發送部分主要有激光器、光調製器和光學發射天線。接收部分主要包括光學接收天線、光學濾波器、光探測器。要傳送的信息送到與激光器相連的光調製器中，光調製器將信息調製在激光上，通過光學發射天線發送出去。在接收端，光學接收天線將激光信號接收下來，送至光探測器，光探測器將激光信號變為電信號，經放大、解調後變為原來的信息。

大氣激光通信可傳輸語言、文字、數據、圖像等信息。

激光通信的優點是：

（1）通信容量大。在理論上，激光通信可同時傳送1000萬路電視節目和100億路電話。

（2）保密性強。激光不僅方向性特強，而且可採用不可見光，因而不易被敵方所截獲，保密性能好。

（3）結構輕便，設備經濟。由於激光束髮散角小，方向性好，激光通信所需的發射天線和接收天線都可做的很小，一般天線直徑為幾十釐米，重量不過幾公斤，而功能類似的微波天線，重量則以幾噸、十幾噸計。

激光通信的一些弱點是：

（1）通信距離限於視距（數公里至數十公里範圍），易受氣候影響，在惡劣氣候條件下甚至會造成通信中斷。大氣中的氧、氮、二氧化碳、水蒸汽等大氣分子對光信號有吸收作用；大氣分子密度的不均勻和懸浮在大氣中的塵埃、煙、冰晶、鹽粒子、微生物和微小水滴等對光信號有散射作用。雲、雨、霧、雪等使激光受到嚴重衰減。地球表面的空氣對流引起的大氣湍流能對激光傳輸產生光束偏折、光束擴散、光束閃爍（光束截面內亮斑和暗斑的隨機變化）和像抖動（光束會聚點的隨機跳動）等影響。

不同波長的激光在大氣中有不同的袞減。理論和實踐證明：波長為0.4～0.7μm以及波長為0.9、1.06、2.3，3.8，10.6μm的激光衰減較小，其中波長為0.6μm的激光穿霧能力較強。大氣激光通信可用於江河湖泊、邊防、海島、高山峽谷等地的通信；還可用於微波通信或同軸電纜通信中斷搶修時的臨時頂替設備。波長為0.5μm附近的藍綠激光可用於水下通信或對潛艇通信。

（2）瞄準困難。激光束有極高的方向性，這給發射和接收點之間的瞄準帶來不少困難。為保證發射和接收點之間瞄準，不僅對設備的穩定性和精度提出很高的要求，而且操作也複雜。

大氣激光通信系統主要由大氣信道、光發送機、光接收機、光學天線（透鏡或反射鏡）、電發送機、電接收機、終端設備、電源等組成，有的還備有遙控、遙測等輔助設備。信息經電發送機變換成相應的電信號，用調製器調製到由激光器產生的光載波上，再通過光學發射天線將已調製的光信號發射到大氣空間。光信號經大氣信道傳輸，到達接收端，光學接收天線對接收到的光信號進行聚焦，再送到光檢測器，經放大恢復成原來的電信號，送到電接收機解調成原信息。必要時，可在線路中使用中繼器，以延長通信距離。

大氣層外的激光通信稱為空間激光通信。優點是傳輸損耗小，傳輸距離遠，通信質量高。主要用於衞星間通信。

激光通信的應用主要有以下幾個方面：1、地面間短距離通信；2、短距離內傳送傳真和電視；3、由於激光通信容量大，可作導彈靶場的數據傳輸和地面間的多路通信。4、通過衞星全反射的全球通信和星際通信，以及水下潛艇間的通信。

太空寬帶是指利用極為細小的激光束傳輸數據，速率可比現有基於無線電波的通信方式提高10倍到1000倍。

2014年6月6日，美國航天局宣佈，該機構利用激光束把一段高清視頻從國際空間站傳送回地面，成功完成一種可能根本性改變未來太空通信的技術演示。這一通信試驗名為“激光通信科學光學載荷”（OPALS）。

據美國航天局發佈的消息，在5日進行的技術演示中，一段時長37秒的高清視頻，只用了3.5秒就成功傳回，相當於傳輸速率達到每秒50兆，而傳統技術下載需要至少10分鐘。

據美國航天局介紹，OPALS利用極為細小的激光束傳輸數據，速率可比現有基於無線電波的通信方式提高10倍到1000倍。