什么是激光通信激光通信主要分为哪几类

激光，是利用单色光进行受激辐射后产生的光，特点是方向性强、亮度高、单色性好、相干性强。

激光和微波一样都属于电磁波，但频率比微波要高几个数量级。

激光通信，顾名思义就是利用激光来传递数据，基本原理是将信号调制到激光的频率、振幅或者相位上面，然后进行传输。

根据传输介质的不同，激光主要分为三类：光纤通信，激光大气通信，自由空间激光通信。 在激光通信的早期，激光大气通信技术吸引了发达国家投入大量人力物力进行研发。 但由于大气信道衰减补偿、大气信道折射率不均匀变化、器件和材料不过关、难以精确对接等技术难题，激光大气通信没有进入大规模商用。 目前应用最广泛的是光纤通信，另外两种通信方式也在近些年再度受到各技术强国的重视，取得了很大进展。

光纤通信

20世纪60年代，高锟和G.A.Hockham经过仔细论证，提出了基于光纤的远距离通信方案。几年后光纤的衰减达到了高锟的要求，光纤传输成为现实。1975年，美国在芝加哥开通了第一条光纤通信实验线路，光纤通信时代正式开启。

光纤通信

光纤的导光原理 利用光的全反射，将激光导入光纤进行传输，就是光纤通信的基本原理。 跟电缆传输比较，光纤通信有很多优势，比如超大的通信容量（单根光纤已经达到100Tbps），原料为石英（节省金属），绝缘抗干扰防窃听（在光纤内部传输）。

光纤通信

光纤入户 20世纪80年代以来，光纤通信产业一直保持着快速增长，已经成为支撑信息时代的数据传输技术。 运营商的长途干线传输，已经从电缆、微波、卫星改成了光纤传输，全球互联网干线也采用了光纤通信，我国光纤入户家庭的占比更是达到了90%以上。

激光大气通信

激光大气通信和自由空间激光通信，都是在没有传输线路（光纤）的条件下进行的点对点通信。 大气通信指的是利用空气作为传输介质，属于无线通信。

光纤通信

大气环境对光信号的影响 大气通信的优点是设备类别简单且通信容量大，单光束速率可达10Gb/s以上。缺点则是非常容易受到雨雪沙尘等天气影响。 云雨雾雪会造成信号衰减，烟尘微生物水滴造成散射，氮氧等气体分子则会吸收光信号，大气湍流带来的光斑闪烁和漂移…… 此外由于激光的指向性强，高稳定的瞄准捕获与跟踪（APT）系统就变得非常重要，这也是大气通信大规模商用的难点之一。 水下蓝绿激光通信 我国在激光大气通信的研究方面起步比较晚，不过近些年进展较快。例如2009年的时候，西安理工大学便研发出通信距离长达3km~5km的大气激光视频传输系统，实现了全天候不间断的视频数据传输。 随着材料技术、工艺技术、APT系统、大气补偿算法等关键技术的不断完善，大气激光通信应该会迎来一轮大发展，适用领域包括楼宇通信、跨河通信、岛屿入网、水下通信等等。

自由空间激光通信

与激光大气通信的最大不同在于，自由空间激光通信主要用在太空领域，因此信道环境充斥着各种复杂的电磁波，在系统组成、关键部件和传输容量上倒是跟大气通信相差不大。 自由空间激光通信既可用于卫星-卫星通信（星星传输），也可用于卫星-地面通信（星地传输）。 由于通讯距离长达几千甚至上万公里，因此激光发散小、能量集中的特性可以大大降低发射机的功率和重量，发射端和接收端的口径也相应大大缩小。 在星星传输和星地传输的场景下，体积小巧、功耗低、传输容量大，就成为激光通信相比于微波通信的巨大优势。 最近几年，国内外对自由空间激光通信的研发投入不断加快。 我国早在2017年，就成功进行了国际首次高轨卫星-地面的双向激光通信试验，实测距离地球近4万公里的卫星和地面之间（星地传输）的通信速率达到5Gbps。 国际上，SpaceX在2020年进行了一次试验，两颗Starlink互联网卫星利用搭载的激光通讯载荷，传输了数百GB的数据（星星传输），为布局SpaceX公司的天基网络提供了重要参考。 激光大气通信和自由空间激光通信成熟之后，将会和地面上的光纤通信网络交叉融合，构建出立体的天-空-地-海光通信网络，互联网将真正做到随时随地接入。

吴一戎院士：“激光+微波”模式有望彻底解决中国星地通信瓶颈问题

中新社北京6月28日电 (记者 孙自法)中国科学院空天信息创新研究院(中科院空天院)6月28日对外宣布成功开展星地激光高速通信业务化应用实验。中科院院士、中科院空天院院长吴一戎表示，“激光+微波”组合运行模式，将有望彻底解决中国星地通信瓶颈问题。

中科院空天院介绍说，该院利用自主研制成功的500毫米口径激光通信地面系统，近日与长光卫星技术股份有限公司所属一颗“吉林一号”卫星顺利开展星地激光通信实验，通信速率达到10Gbps(每秒10G比特)，所获取的卫星载荷数据质量良好，可满足高标准业务化应用需求。这次星地激光通信实验取得成功，标志着中国已实现星地激光高速通信的工程应用，星地通信速率由Gbps迈入10Gbps时代。

当前星地通信主要采用微波技术，但微波频段资源有限，常用的X频段仅有375兆赫(MHz)，近年来开始应用的Ka频段也只有1.5吉赫(GHz)，难以满足星地海量数据传输需求。与微波相比，激光频谱资源极其丰富，带宽可达数百吉赫。

吴一戎院士指出，目前，中国遥感卫星探测获取海量数据无法及时落地的问题十分突出，严重影响卫星应用效能发挥。中科院空天院在充分利用现有微波地面站的基础上，积极布局国家卫星激光通信地面站网，“激光+微波”组合运行模式将有望彻底解决中国星地通信瓶颈问题，可为中国经济社会高质量发展和社会公共需求提供更好的技术支撑和服务。

中科院空天院激光地面系统技术负责人李亚林高级工程师称，“如果将频段比作道路，那么X频段是单车道，Ka频段是四车道，而激光可容纳成百甚至上千车道。利用激光通信每秒可传输1部高清电影，相较于现有的微波通信速率高出1-2个量级(十倍到近千倍)”。

同时，由于激光的发散角很小，能量高度集中，激光能以远小于微波通信载荷的体积、重量和功耗实现超高速率的通信。此外，激光具有很强的抗电磁干扰能力，用激光作为载波进行数据的发射与接收，还能显著提高星地通信的安全性。

李亚林表示，星地激光通信虽然特色优势明显，但技术难度高，为此，中科院空天院联合中科院光电技术研究所、北京融为科技有限公司，先后突破大气信道预测及任务规划调度、激光信号的快速捕获建链和自适应光学校正、复杂大气条件下的无误码传输等一系列关键技术，在本次星地激光通信实验中按照业务化应用标准，成功完成业务流程，实现在非稳态信道下的星地激光高速、高可靠通信。(完)

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