谈谈堪称绝对高科技的蓝绿激光对潜通信

对潜艇通信一直是一个世界级的难题，因为要同时确保潜艇本身的隐蔽性和通信的超地平线和超远距离，并且还要确保通信的不受干扰和绝对可靠。因为这种通信包含的信息可能是发射核弹的命令，如果出现差错引发不可挽回的核战争，那么谁也负不起这个历史责任。因此超长波通信几乎是目前最可靠的对深海潜艇通信的模式，不过超长波通信本身的问题也很大，这就是陆地通信台的设备设施庞大，仅仅天线就有几十上百公里，如此大范围的非隐蔽目标，在未来核大战中肯定是被第一轮就抹平的重点目标；而且这种地面发射台耗电功率巨大，以几十万千瓦的电力支撑一个发射台。一旦启动对几千公里内的正常的无线电通信都有干扰。而超长波电台的发送信息的效率更是低到吓人的程度，

1个小时发送不完一个长单词。如果发生核大战，一个命令还没发完，也许超长波电台本身已经不存在了。于是各大国水下的核潜艇，除了接受超长波电台的命令，还要定期收听中短波的广播和报时，就是防止万一本国被毁而不知道情况发生了变化。这些方式其实都是非常原始的。那么有没有一种对潜通信方式，既高速又高效而且安全性还相对很高呢？蓝绿激光通信就是最有前途的一种。蓝绿激光通信的优点是：穿透海水能力强，可实现与下潜400米到600米的的潜艇直接通信；这比超长波最多能穿透150米深的海水的能力强几倍。激光通信频带宽，数据传输能力强；波束宽度窄，方向性好；设备轻小；抗截获、抗干扰、抗毁能力强；不受电磁以及核辐射的影响。但是，由于这种通信方式，

使用经大气传播的光波，在大气中会引起光散射，造成信号的衰减。但是这种衰减是可以在承受范围之内的。蓝绿色本身可以代表0和1，这样就可以高速传递任何数字信号。毕竟对包括电脑在内的任何数字设备来说，只要区别0和1就可以高速传递任何内容和画面。如果派出一架飞机，携带激光器。从潜艇上空飞过，如果飞机高度为10公里，以亚音速的速度飞过潜艇上空时，激光束将在海面上扫过一条15公里宽的照射带。在飞机一次飞过潜艇上空的约3秒的时间内，可完成40到80个单词的信息量的通信。比长波电台的信息传递速度快了几个数量级，而且穿透性和更强。这种方法实现起来较为容易，在条件成熟时，这种办法很容易升级至天基系统之中。用卫星可以更大范围和更高效地实现对潜艇的高速通信。

如果担心飞机对某海区的激光通信可能暴露该海域有本方潜艇，那么可以用卫星，对大范围的海域反复加密扫描，这样对手也不知道具体那一片海水里有潜艇。奋斗者号在万米以下实现了高速数据传输，有可能是激光水下通信的彻底突破之一。

美国水下蓝绿光通信速率有望显著提高

传统的水下通信一般采用声波和电磁波，但声波在水中的传输受较多限制，通信速率较低，传输时延大；电磁波在海水中衰减极快（如2.4吉赫兹电磁波信号衰减速率约为1695分贝/米），也不适合于水下通信。蓝绿光的工作波段是海洋中光传播的窗口，海水对蓝绿光（波长450-550纳米）的吸收远小于其他波段的可见光，因而水下蓝绿光通信引起了广泛的关注和积极研究。

光源是水下无线光通信系统的一个重要组成部分，其极快的闪烁速率与超快的调制速率对提高光通信的速率至关重要。目前常用的是氮化镓基LED，其调制速率仍低于十亿赫兹，也低于一般无线网络的传输速度。美国一直致力于寻求更好的光源以提高水下蓝绿光通信速率。

2014年1月，美国海军研究署与加州大学共同研发出了一种新型快速闪烁双曲超材料（HMM），与含有染料的基体一起构成蓝绿光的光源，用于水下光通信系统后将使通信速率提高1-2个数量级，可用于水面舰与潜艇、潜艇与蛙人、水下传感器与无人潜航器等通讯过程。

这种新型快速闪烁双曲超材料是一种多层银与硅纳米层组成的人造薄膜，通过微纳加工成具有一定周期的纳米结构。一定频率的光波照射到该材料上时，会在银的表面产生表面等离子体共振，形成强电场。该电场使染料分子更容易吸收光的能量，显著提高染料分子自发辐射速率并增加辐射强度，进而增强荧光辐射强度。减小纳米结构周期、提高纳米结构中银的填充率，能进一步提高荧光辐射强度。此外，染料分子与纳米结构间的强烈作用，使荧光发光周期变短、调制带宽增加，并提高光通信速率。与氮化镓基LED相比，HMM能使光源的闪烁速率提高76倍，亮度增加80倍。

图 Ag/Si纳米层结构材料结构示意图（上）及发光效果图（下）

新型快速闪烁双曲超材料是由美国加州大学与美国海军研究署合作进行的“水下蓝绿无线通信”项目的研究成果。该项目旨在开发可提高通信效率的光源，目前加州大学已证实了这种人造材料能够增强光的发射和强度。该项目的技术难点不在于材料本身的设计，而在于这种材料在在商业化的LED系统中的应用。研究学者表示下一步计划是将该材料应用于传统LED无线光通信系统，并在圣地亚哥海域进行新型超速闪烁LED的测试。未来研究学者将继续改进LED材料，通过加快其闪烁速度来实现通信速率的提升。

水下蓝绿LED无线通信技术的发展将克服水下声学通信的缺陷，增强通信的准确性和可靠性，提高潜艇的生存能力，及时协调潜艇与地面、海面与空中的作战行动。若能更进一步提高闪烁速率，将很有可能取代声波在短距离通信领域的应用，对水下战场产生深远的影响。

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