激光通信技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景解析

　　什么是激光通信

　　激光通信是一種利用激光傳輸信息的通信方式。激光是一種新型光源，具有亮度高、方向性強(qiáng)、單色性好、相干性強(qiáng)等特征。按傳輸媒質(zhì)的不同，可分為大氣激光通信和光纖通信。大氣激光通信是利用大氣作為傳輸媒質(zhì)的激光通信。光纖通信是利用光纖傳輸光信號(hào)的通信方式。

　　激光通信系統(tǒng)組成設(shè)備包括發(fā)送和接收兩個(gè)部分。發(fā)送部分主要有激光器、光調(diào)制器和光學(xué)發(fā)射天線。接收部分主要包括光學(xué)接收天線、光學(xué)濾波器、光探測(cè)器。要傳送的信息送到與激光器相連的光調(diào)制器中，光調(diào)制器將信息調(diào)制在激光上，通過光學(xué)發(fā)射天線發(fā)送出去。

　　在接收端，光學(xué)接收天線將激光信號(hào)接收下來，送至光探測(cè)器，光探測(cè)器將激光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大、解調(diào)后變?yōu)樵瓉淼男畔ⅰ?/p>

　　激光通信的原理

　　激光通信的原理與普通的無線電通信相類似。所不同的是，無線電通信是把聲音、圖像或其他信號(hào)調(diào)制到無線電載波上發(fā)送出去，而激光通信則是把聲音、圖像或其他信息調(diào)制到激光載波上發(fā)送出去。激光通信可分為地面大氣通信、宇宙空間通信和光學(xué)纖維通信。

　　在較好的地面氣候條件下，可以實(shí)現(xiàn)幾十公里至上百公里間的定點(diǎn)激光通信。但是激光束一旦受到大氣中云、霧、煙塵等因素的影響就會(huì)受到衰減和起伏擾動(dòng)，使通信距離和通信質(zhì)量都受到很大影響。為了克服激光地面大氣通信的上述缺點(diǎn)，很多國家作了很大努力，并取得了可喜的成果。在這種通信系統(tǒng)中，載有通信信息的激光束沿著直徑小于0.1毫米的優(yōu)質(zhì)光學(xué)纖維波導(dǎo)傳輸，從根本上排除了大氣中各種衰減和干擾因素的影響。

　　在地球大氣層外的宇宙空間，激光束基本上不受任何衰減和干擾影響，因此可實(shí)現(xiàn)極遠(yuǎn)距離間的定向通信聯(lián)系。人造衛(wèi)星和宇宙飛船之間的激光通信系統(tǒng)正在研究過程中。

　　利用激光的高定向、高亮度以及可沿空間不同方向和不同位置進(jìn)行精細(xì)掃描的特性，人們可實(shí)現(xiàn)激光傳真通信，即把圖片、文件、樣本、字跡等信息，通過激光束的掃描作用而轉(zhuǎn)變?yōu)楸徽{(diào)制了的電信息發(fā)送出去，在接收端通過解調(diào)制作用和顯示設(shè)備，再把所傳遞的圖像信號(hào)復(fù)現(xiàn)出來。

　　基于定向激光束掃描記錄和掃描檢測(cè)的原理，人們還制成了商品化的視頻錄像盤，利用一張普通唱片大小但卻是特制的塑料膜盤，可記錄約1小時(shí)左右的電視節(jié)目或錄像節(jié)目，然后借助激光檢測(cè)設(shè)備，把塑料膜盤錄下的節(jié)目隨時(shí)在電視機(jī)上復(fù)映出來。

　　激光通信技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

　　目前激光通信技術(shù)從誕生以來，已經(jīng)經(jīng)過30多年的發(fā)展歷史，在激光通信技術(shù)發(fā)明之初，由于配套技術(shù)跟不上，導(dǎo)致了激光通信技術(shù)的發(fā)展受到了制約。激光通信技術(shù)的配套技術(shù)主要包括元器件制造技術(shù)、系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)以及大氣信道傳輸技術(shù)。另外，由于有線傳輸技術(shù)——光線技術(shù)的大力發(fā)展，激光通信技術(shù)在一段時(shí)間內(nèi)并未得到重視和大規(guī)模的應(yīng)用。但是隨著通信領(lǐng)域新技術(shù)的快速發(fā)展以及元器件制造技術(shù)、系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)和大氣信道傳輸技術(shù)的逐漸成熟，激光通信技術(shù)的發(fā)展具備客觀的條件和有力的支撐。并且由于光纖通信技術(shù)受到了傳輸范圍和地域限制，為了實(shí)現(xiàn)全方位的通信，激光通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)逐漸受到了人們的重視，對(duì)激光通信技術(shù)的研究重新納入到了科研機(jī)構(gòu)的議事日程。目前來看，激光通信技術(shù)的發(fā)展主要建立了兩個(gè)方面的系統(tǒng)：

　　1、利用光電探測(cè)器構(gòu)建的直接耦合FSO系統(tǒng)

　　目前光電探測(cè)器構(gòu)建的直接耦合FSO系統(tǒng)屬于激光通信技術(shù)中的主流技術(shù)，在歐美國家得到了廣泛的應(yīng)用。其中最成功的案例是在悉尼奧運(yùn)會(huì)上，利用光電探測(cè)器構(gòu)建的直接耦合FSO系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了激光無線數(shù)據(jù)連接，保證即時(shí)的數(shù)據(jù)通信?？紤]到光電探測(cè)器構(gòu)建的直接耦合FSO系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，目前激光通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)得到了大規(guī)模的建設(shè)。與此同時(shí)，光電探測(cè)器構(gòu)建的直接耦合FSO系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中存在一些缺點(diǎn)，我們必須及時(shí)解決。主要缺點(diǎn)包括：

　　（1）激光發(fā)射器發(fā)射的光束由于散射角不同，造成了光斑粗糙，因此我們需要對(duì)現(xiàn)有的激光發(fā)射器進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到發(fā)生圓高斯光束的目的。

　　（2）接收端的OE轉(zhuǎn)換單元的數(shù)量隨著帶寬的增大而增加，無形當(dāng)中增加信號(hào)接收轉(zhuǎn)換的成本，因此我們必須提升OE轉(zhuǎn)換單元的功能，減少其使用數(shù)量。

　　（3）由于激光通信設(shè)備的發(fā)射和接收裝置均放置在建筑物頂部，安裝和維護(hù)存在一定困難，因此我們要制定相應(yīng)的安裝和維護(hù)技術(shù)措施，降低安裝和維護(hù)難度。

　　2、利用光纖傳輸技術(shù)構(gòu)建的光纖耦合FSO系統(tǒng)

　　在光纖耦合的FSO系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了激光通信技術(shù)與光纖技術(shù)的融合，有效利用了光纖通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用過程主要是通過激光發(fā)生器發(fā)射高斯光束，經(jīng)過耦合后沿著光纖進(jìn)行傳播，在發(fā)射端和接收端都采用光纖進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?，這樣以來，可以減少建筑物頂端的激光通信設(shè)備數(shù)量，便于系統(tǒng)安裝和維護(hù)。除此之外，利用光纖傳輸技術(shù)構(gòu)建的光纖耦合FSO系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）減少了轉(zhuǎn)換過程，降低了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來的額外成本。使每一個(gè)鏈路內(nèi)的接口減少為2個(gè)，提高了鏈路傳輸效率。

　?。?）簡(jiǎn)化了升級(jí)和維護(hù)的過程，如需增加傳輸帶寬，僅僅需要調(diào)整室內(nèi)系統(tǒng)即可，省去了重新在硬件設(shè)備上對(duì)準(zhǔn)調(diào)試的過程。

　?。?）實(shí)現(xiàn)了激光通信技術(shù)與光纖技術(shù)的融合，減少了激光通信技術(shù)中繁瑣的設(shè)備設(shè)置和調(diào)試，對(duì)光纖通信的發(fā)射和接收裝置進(jìn)行了有效利用。

　　激光通信技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著我國對(duì)激光通信技術(shù)研發(fā)力度的加強(qiáng)，我國的激光通信技術(shù)迎來了快速的發(fā)展，無論是研究領(lǐng)域還是應(yīng)用領(lǐng)域，激光通信技術(shù)都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，經(jīng)過對(duì)目前的激光通信技術(shù)深入的了解之后，我們認(rèn)為未來激光通信技術(shù)主要將會(huì)朝著以下方向發(fā)展：

　　1、激光通信技術(shù)將會(huì)迎來更廣闊的應(yīng)用空間

　　激光通信技術(shù)從發(fā)明到目前的應(yīng)用，經(jīng)歷了三十多年的

　　歷程，激光通信技術(shù)之所以能夠取得較大的發(fā)展，主要是其自身優(yōu)點(diǎn)所決定的，主要包括：首先解決了遠(yuǎn)距離無線傳輸問題，其次節(jié)省了通信總成本，減少了光纖設(shè)備的支出，再次，激光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與衛(wèi)星技術(shù)的共同發(fā)展，為通信技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。基于激光通信技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn)，激光通信技術(shù)在未來的發(fā)展中，將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)從通信領(lǐng)域拓展到衛(wèi)星傳輸領(lǐng)域等其他領(lǐng)域。

　　2、激光通信技術(shù)將會(huì)有效解決發(fā)展中遇到的瓶頸問題

　　在目前激光通信技術(shù)的發(fā)展中，存在一些制約其發(fā)展的問題，有些問題已經(jīng)嚴(yán)重制約和影響激光通信技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，對(duì)于這些瓶頸問題，在未來的發(fā)展中都將得到有效的解決。目前遇到的最突出的瓶頸問題是激光通信技術(shù)的發(fā)射和接收設(shè)備復(fù)雜，需要獨(dú)立的場(chǎng)所放置，并且安裝維護(hù)難度大。對(duì)于這種問題，目前的解決方法是通過與光纖網(wǎng)絡(luò)的有效融合，來彌補(bǔ)激光通信設(shè)備安裝維護(hù)的不足。在未來的發(fā)展中，相信絡(luò)優(yōu)化人員可以依此有針對(duì)性地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作，有利于運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常性地保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。

　?。?）DT測(cè)試。DT測(cè)試是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估、網(wǎng)絡(luò)故障定位和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)必不可少的測(cè)試手段。DT測(cè)試的目的是通過實(shí)地驅(qū)車測(cè)試的方法獲取網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的無線情況。另外，借助路測(cè)后臺(tái)分析軟件對(duì)路測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，還可以得出一些統(tǒng)計(jì)結(jié)果，例如接入失敗率、掉話率、軟切換比例和覆蓋質(zhì)量統(tǒng)計(jì)等。同時(shí)，在路測(cè)過程中還會(huì)采集到大量的GPS位置和時(shí)間光纖網(wǎng)絡(luò)會(huì)與激光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)更加深入的融合，二者將朝著共同促進(jìn)的關(guān)系發(fā)展。

　　3、激光通信技術(shù)將成為城市網(wǎng)絡(luò)通信的重要手段之一

　　在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是城市網(wǎng)絡(luò)通信的

　　主要手段，隨著激光通信技術(shù)研發(fā)力度的加大以及激光通信技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)，激光通信技術(shù)成為了城市網(wǎng)絡(luò)通信的又一有效手段。同時(shí)，未來的通信技術(shù)將會(huì)越來越多的用到衛(wèi)星技術(shù)，僅僅依靠光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。因此，激光通信技術(shù)成為了通信領(lǐng)域發(fā)展的必要技術(shù)之一，在未來的發(fā)展中，將為城市網(wǎng)絡(luò)通信提供重要的技術(shù)支撐，保證城市網(wǎng)絡(luò)通信的傳輸速率和傳輸帶寬都得到較明顯的增長(zhǎng)。

　　4、激光通信技術(shù)將會(huì)為通信領(lǐng)域帶來又一輪技術(shù)革新

　　在通信領(lǐng)域的發(fā)展中，伴隨著新技術(shù)的產(chǎn)生，激光通信技術(shù)就是其中比較突出的技術(shù)之一。激光通信技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，帶動(dòng)了通信領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展，使技術(shù)革新成為通信領(lǐng)域發(fā)展的主流。因此，激光通信技術(shù)在未來的發(fā)展中，將會(huì)越來越多的影響通信領(lǐng)域的發(fā)展，使通信領(lǐng)域誕生出越來越多的新技術(shù)，提升通信領(lǐng)域發(fā)展實(shí)力的同時(shí)，保證通信領(lǐng)域的發(fā)展擁有技術(shù)保障。所以，考慮到激光通信技術(shù)的特點(diǎn)和重要影響，激光通信技術(shù)將會(huì)帶動(dòng)通信領(lǐng)域新一輪的技術(shù)革新。