激光与普通光在本质上没有区别,都是属于光频波段的电磁波,具有普通光的一切特性———反射、折射、透射、干涉、衍射等,但激光有其特殊性,可以把光能在时间、空间、谱线宽度上高度集中,频率范围宽广,可调谐性强;单色性好,强度高,方向性好和相干性好;激光束的发散角度小,能量集中在很小的范围内;激光通信的波长远小于微波通信的波长。因此,在同样功能和条件下,利用激光通信,在接收器处可获得比微波高几个数量级的功率密度。

利用光通信的历史比无线电还早,但没有无线电通信发展的迅速。激光出现以后,光通信的面貌发生了根本性的变化,激光像普通电磁波一样,可以进行调制和解调,可以把各种信号加载到光波上发射从而实现光通信。激光通信是以激光为载波,自由空间为传输介质的通信技术。

无限激光通信

无限激光通信( Free Space Optical communication,简称FSO) ,是利用激光束作为信道在空间直接进行语音、数据、图象信息双向传送的一种通信技术,又称“自由空间光通信”。无限激光通信系统一般包括三个基本部分:发射机、信道和接收机,其原理如图2所示(图中只标注了单向传输部分,相反方向的传输原理相同) 。

根据使用情况,无限空间光通信可分为点对点、点对多点、环形或网格状通信等。点对点通信是由两台激光通信机构成的通信系统,每一端都设有光发射机和光接收机,他们相互向对方发射(视频、音频和数据等信号)被调制的激光脉冲信号,接收并解调来自对方的激光脉冲信号,实现双工通信。系统所用的基本技术是光电转换,传输特点是将光束以直线传播。

无限激光通信比无线电通信以及光纤通信有着很多优势。由于无限激光通信系统的设备没有射频信号的相互干扰,工作频率在100 THz以上,不挤占宝贵的无线电频率资源,可以免费使用,不需要频率许可证;由于是以大气作为传输媒介,不需要铺设光缆或电缆,安装快速、使用方便,造价及运行成本低;激光的直线定向传播使它的发射光束窄,方向性好,发散角小,数据传输的保密性好;激光通信的波长远小于微波通信的波长,因此,用于激光通信的天线尺寸远小于微波天线的尺寸,可做的很小,设备小巧轻便,有利于激光通信在各种航天器及小卫星上使用;与光纤通信一样,传输频带宽大,支持155 Mbit/ s～10 Gbit/ s的传输速率,信息容量大;因是以光为传输机制,协议透明———任何传输协议均可容易地叠加上去,对语音、数据、图象等业务可以做到透明传输;同时还具有电磁兼容性好、抗强电磁干扰、无电磁辐射、组网方便灵活、不影响人们的健康等优点,适用于保密通信、移动通信、城域网扩展、宽带网零公里接入、无线基站数据回传、局域网互连、应急和临时通信等。将无限激光通信与光纤和微波通信方式互相补充、相互配合,必将有良好的发展前景。

激光通信也存在一些不足之处,例如光纤传输中的损耗、色散问题;无限激光通信在大气传输中的衰减问题等等。但是,由于激光的优点,随着空间通信诸多问题的解决,激光通信必将成为今后通信的主要手段,有着广阔的应用领域。

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