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概述
空間激光通信是指用激光束作為信息載體進(jìn)行空間包括大氣空間、低軌道、中軌道、同步軌道、星際間、太空間通信。
激光空間通信與微波空間通信相比，波長比微波波長明顯短，具有高度的相干性和空間定向性，這決定了空間激光通信具有通信容量大、重量輕、功耗和體積小、保密性高、建造和維護(hù)經(jīng)費低等優(yōu)點。
１、大通信容量：激光的頻率比微波高３－４個數(shù)量級（其相應(yīng)光頻率在１０１３－１０１７ Ｈｚ）作為通信的載波有更大的利用頻帶。光纖通信技術(shù)可以移植到空間通信中來，目前光纖通信每束波束光波的數(shù)據(jù)率可達(dá)２０Ｇｂ／ｓ以上，并且可采用波分復(fù)用技術(shù)使通信容量上升幾十倍。因此在通信容量上，光通信比微波通信有巨大的優(yōu)勢。
２、低功耗：激光的發(fā)散角很小，能量高度集中，落在接收機望遠(yuǎn)鏡天線上的功率密度高，發(fā)射機的發(fā)射功率可大大降低，功耗相對較低。這對應(yīng)于能源成本高昂的空間通信來說，是十分適用的。
３、體積小、重量輕：由于空間激光通信的能量利用率高，使得發(fā)射機及其供電系統(tǒng)的重量減輕；由于激光的波長短，在同樣的發(fā)散角和接收視場角要求下，發(fā)射和接收望遠(yuǎn)鏡的口徑都可以減小。擺脫了微波系統(tǒng)巨大的碟形天線，重量減輕，體積減小。
４、高度的保密性激光具有高度的定向性，發(fā)射波束纖細(xì)，激光的發(fā)散角通常在毫弧度，這使激光通信具有高度的保密性，可有效地提高抗干擾、防竊聽的能力。
５、激光空間通信具有較低的建造經(jīng)費和維護(hù)經(jīng)費。
技術(shù)難點
空間技術(shù)的發(fā)展和建立全球信息社會的需要，推動著空間光通信技術(shù)的進(jìn)步。空間光通信避開了大氣光信道不穩(wěn)定性的影響，需要解決的關(guān)鍵問題是相對運動光學(xué)收、發(fā)天線之間的瞄準(zhǔn)、接收和跟蹤問題等。
１、空間激光通信鏈路的快速、精確的捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)（ＡＴＰ）技術(shù)，是保證空間遠(yuǎn)距離光通信的核心技術(shù)。
（１）、捕獲（粗跟蹤）系統(tǒng)：激光信標(biāo)發(fā)射的光束很窄，在相距極遠(yuǎn)的兩衛(wèi)星之間，必須保證信標(biāo)的發(fā)射波束覆蓋接收機的接收天線，接收端能夠捕捉跟蹤發(fā)射端的窄光束。由于姿態(tài)監(jiān)測控制系統(tǒng)誤差、參照系計算誤差、衛(wèi)星的騰空浮動和振動以及其它系統(tǒng)誤差的存在，在收發(fā)雙方互相對準(zhǔn)之后總有一個不確定角�？臻g捕獲目標(biāo)的范圍在±１°～±２０°或更大，通常采用ＣＣＤ來實現(xiàn)。
為了緩解對空間瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤系統(tǒng)苛刻的要求，同時加快通信鏈路建立速度，接收機的視場角一定要寬，為幾個毫弧度，靈敏度為－１１０ｄｂＷ，跟蹤精度為幾十個毫弧度，可這樣接收的背景輻射功率就會迅速上升，掩埋其中的信標(biāo)信號。解決這一問題的關(guān)鍵在于接收機中使用超窄帶寬、高透射率的光學(xué)濾波器。
（２）、跟蹤、瞄準(zhǔn)（精跟蹤）系統(tǒng)：系統(tǒng)完成目標(biāo)捕獲后，對目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)和實時跟蹤。通常采用四象限紅外探測器ＱＤ或Ｑ－ＡＰＤ高靈敏度位置傳感器來實現(xiàn)，并配以相應(yīng)的電子學(xué)伺服控制系統(tǒng)，精跟蹤要求視場角為幾百微弧度，跟蹤靈敏度為－９０ｄｂＷ，跟蹤精度為幾微弧度。
２、發(fā)射機激光器的超高速率調(diào)制技術(shù)
目前各國空間激光通信實驗的碼率都在１Ｇｂ／ｓ以上，而且不斷提高，為了增大通信容量，在一些方案中采用同一波長的兩路旋向相反的圓偏振光同時傳送，從而使通信容量加倍。在超高速調(diào)制的同時又要產(chǎn)生足夠的功率用于廣闊的空間距離傳輸，因此除研究大功率半導(dǎo)體激光器以外，國外還在研究采用激光二極管陣列的方案。
３、高靈敏度抗干擾的接收機技術(shù)
衛(wèi)星之間的距離可長達(dá)４００００ｋｍ 而激光波束的強度是按距離的平方遞減，也就是說衰減可能達(dá)到－１５２ｄＢ。接收機要有超高的靈敏度才行，否則背景輻射等噪聲會使誤碼率達(dá)到不可接收的程度。目前除提高檢測器本身靈敏度外，還在探討外差接收、糾錯編碼等途徑。
４、精密、可靠、高增益的收發(fā)天線技術(shù)
為完成系統(tǒng)的雙向互逆跟蹤，光通信系統(tǒng)采用收發(fā)合一天線，隔離度近１００％的精密光機組件（又稱萬向支架）。由于半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量一般較差，要求天線增益要高，另外，為適應(yīng)空間系統(tǒng)，天線（包括主副鏡，合束、分束濾光片等光學(xué)元件總體結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、穩(wěn)定可靠。國際上現(xiàn)有系統(tǒng)的天線口徑一般為幾厘米至２５厘米。
５、衛(wèi)星與地面之間的傳輸
空間數(shù)據(jù)通信網(wǎng)最終還是要與地面連接 若衛(wèi)星與地面之間不能采用激光通信和衛(wèi)星之間的高碼率匹配 衛(wèi)星－－地面鏈路將成為全球通信中的制約環(huán)節(jié)。在大氣傳輸中激光會受到散射、折射、背景輻射等多種因素的影響，除衰減大大增強之外，波前畸變、強度抖動、多徑、云層遮斷等現(xiàn)象均可發(fā)生，這些不利因素使通信距離急劇下降，使光信號受到嚴(yán)重的干擾，甚至脫靶。如何保證隨機信道條件下系統(tǒng)正常工作是十分重要的。
目前除選擇氣候合適的地區(qū)之外，還采用光波與毫米波組成聯(lián)合通信網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理與壓縮后用微波與地面通信，光波與毫米波信息間的交換是鏈路的關(guān)鍵問題之一。
６、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)
空間激光通信的協(xié)議和控制包括從低層的調(diào)制激光束的編碼和同步、失效鏈路檢測、設(shè)計合適的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議以及到高層的鏈路建立、信息的包傳送、擁塞防護(hù)、全球兼容等各種問題。
影響
衛(wèi)星激光通信的出現(xiàn)是現(xiàn)代信息社會對大容量、長距離、低成本通信的需求的必然結(jié)果，而它的優(yōu)點也表明了衛(wèi)星激光通信能夠承擔(dān)此重任。
----《通信世界報》
