科普一分钟：激光通信技术

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抬头看浩瀚宇宙时，你是否曾好奇，太空中执行任务的航天员和飞行器如何与地面联系？遥远的距离会不会造成数据传输困难？

现在我们使用的是无线射频发射系统，这种通信方式数据接收速度慢，并且需要很大口径的天线，在这种情况下，激光通信技术应运而生。

简单来说，激光通信技术就是将探测器送入地球同步轨道，使用空对地激光连接地面站，利用国际空间站上的光学终端接收和传输数据。与无线射频发射系统相比，激光通信系统更小、更轻，且功耗更低，我国的北斗卫星和地面站之间也使用激光信号传输，相关的高速通信实验已经完成，速度比5G网络还要快。

关于激光通信，你知道多少？

激光通信比较直观的理解就是利用激光传输信息的通信方式。其技术原理与无线电通讯原理相似，即先将声音信号调制到激光束上，然后把带有声音信号的激光发送出去。

激光通信的优点

1. 通信容量大。在理论上，激光通信可同时传送1000万路电视节目和100亿路电话。

2. 保密性强。激光不仅方向性特强，而且可采用不可见光，因而不易被敌方所截获，保密性能好。

3. 结构轻便，设备经济。由于激光束发散角小，方向性好，激光通信所需的发射天线和接收天线都可做的很小，一般天线直径为几十厘米，重量不过几公斤，而功能类似的微波天线，重量则以几吨、十几吨计。

激光通信的弱点

1. 通信距离限于视距(数公里至数十公里范围)，易受气候影响，在恶劣气候条件下甚至会造成通信中断。大气中的氧、氮、二氧化碳、水蒸汽等大气分子对光信号有吸收作用;大气分子密度的不均匀和悬浮在大气中的尘埃、烟、冰晶、盐粒子、微生物和微小水滴等对光信号有散射作用。云、雨、雾、雪等使激光受到严重衰减。地球表面的空气对流引起的大气湍流能对激光传输产生光束偏折、光束扩散、光束闪烁(光束截面内亮斑和暗斑的随机变化)和像抖动(光束会聚点的随机跳动)等影响。

2. 不同波长的激光在大气中有不同的衮减。理论和实践证明：波长为0.4～0.7μm以及波长为0.9、1.06、2.3，3.8，10.6μm的激光衰减较小，其中波长为0.6μm的激光穿雾能力较强。大气激光通信可用于江河湖泊、边防、海岛、高山峡谷等地的通信;还可用于微波通信或同轴电缆通信中断抢修时的临时顶替设备。波长为0.5μm附近的蓝绿激光可用于水下通信或对潜艇通信。

3. 瞄准困难。激光束有极高的方向性，这给发射和接收点之间的瞄准带来不少困难。为保证发射和接收点之间瞄准，不仅对设备的稳定性和精度提出很高的要求，而且操作也复杂。

激光通信的主要应用

1. 地面间短距离通信;

2. 短距离内传送传真和电视;

3. 由于激光通信容量大，可作导弹靶场的数据传输和地面间的多路通信。

4. 通过卫星全反射的全球通信和星际通信，以及水下潜艇间的通信。

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