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不只是光纤:盘点光怪陆离的光通讯技术

导读: 谈到光通讯,很多人马上想到光纤通讯。然而,从广义上说,以光波为传输媒质的通信方式都是光通讯。常见的光通讯技术有大气激光通信,光纤通信,蓝绿光通信,红外线通信,紫外线通信等。

  谈到光通讯,很多人马上想到光纤通讯。然而,从广义上说,以光波为传输媒质的通信方式都是光通讯。常见的光通讯技术有大气激光通信,光纤通信,蓝绿光通信,红外线通信,紫外线通信等,下面小编为大家一一解析。

  大气激光通信

  大气激光通信其载波光信号通过大气作为传输信道完成点到点或点到多点的信息传输,并采用半导体激光器为光源,所构成的通信系统为无线数字通信系统,主要用于固定点使用,也可用作应急抢通,其潜在的应用领域是在数据网、电话网、微蜂网及微微蜂窝网的入网应急设备及不便敷设电缆及光缆的近距离场合。大气激光通信设备具有无电磁干扰、组网机动灵活、安装维护方便、通信可靠性高、保密性好、性能价格比优等优点,可传输多种速率的数据、话音、图像,具有广阔的应用前景。随着技术的不断完善和新器件的不断出现,大气激光通信技术已成为当今信息技术的一大热门技术,其作用和地位已能和光纤通信、微波通信相提并论,是构筑未来世界范围通信网必不可少的一种技术。本文主要论述大气激光通信的基本原理、关键技术及其发展现状和应用领域。

光通讯技术

  大气激光通信技术即无纤光通信技术,是近年来出现的一种新兴技术。

  激光通信的研究现状与发展趋势

  虽然大气的吸收、色散使得利用激光在地面上通信具有某种界限,但是目前已利用气体激光器制造出能在良好气候的晚上传输信息达几十公里的设备。美国建立了一条24 km 的24路双音频激光电话线路,采用 40 mW 连续波He-Ne器件,磷酸二氢钾晶体脉位调制,作用距离达 5 km。前苏联建成的两条试验线路,一条通信距离25 km ,带宽为 100MHz,可同时进行4 路通路;另一路通信距离为11km ,224 路可同时通话。

  20 世纪 90年代后期研制的激光通信系统功能强、技术复杂、自动化程度高。如美国研制的激光通信系统,备有全球卫星定位系统(GPS )、电子指南针、倾斜校准仪,可自动高速扫描接收定位,把定位信号用光束传给通信机,很快进行通信。还可以实现激光通信与无线电通信互相转换,即在大雨、大雾的天气可用无线电通信,其它时间则用激光通信。美国研制的激光通信系统还采用铯原子线路滤波器,可将光谱带宽限制在0.01 nm (传统滤波器3.5n m),视野增大到60°(传统的狭窄),功率仅为5 W ,传输性能得到较大提高。美国航天局(NASA)正在研制 800~850 nm半导体激光器地面和空间之间的通信技术,在2002年进行容量为2.5 Gbit/s 的地面到卫星的通信实验。由此可见,各国对激光大气通信的研制工作不断深入,大气激光通信技术势必将有较大的提高和发展,尤其是在电磁频谱复杂、电子干扰日益严重的环境中,光通信显得尤为重要。因此研究和发展激光通信,加大通信距离,实现全天候移动通信,是电子对抗和通信对抗的需要,也是未来发展的趋势之一。激光大气通信要在原有技术的基础上,应重点发展以下几个方面:

  (1)开展大气激光通信相关技术的研究;

  (2)研制大功率、高灵敏度、远距离的激光通信系统;

  (3)研制目标成像定位跟踪的移动光通信系统;

  (4)建立实现多中继、多方向的面传输通信网;

  (5)建立大气-空间一体化的远程通信网。

  大气激光通信的军事应用

  自从人类有了军队,就开始有军事的产生。并且随着社会发展,而逐步形成了一套比较完善的体系。

  军事科技的迅猛发展要求人们寻找和发展更高频率、更大容量、能快速架设、隐蔽性更好的信息载体,以适应密集技术条件下局部战争的要求。激光通信技术由于其单色性好、方向性强、光功率集中、难以窃听、成本低、安装快等特点,而引起各国的高度重视。

  1989年,美国成功地研制出一种短距离、隐蔽式的大气激光通信系统;1990 年,又实验成功适用于特种战争和低强度战争需要的紫外光波通信;90年代初,俄罗斯随着其大功率半导体激光器件的研制成功,也开始了激光大气通信系统技术的实用化研究。随后,便推出了新型的半导体激光大气通信系统,并在莫斯科、瓦洛涅什、图拉等城市得以应用。俄罗斯有关专家普遍认为,半导体激光大气通信系统在一定视距内有效地实现全天候通信是完全可能的,很有军事潜力。

  大气激光通信为无线通信的一种,它以光信号作为传输信息的载体,在大气中直接传输。由于是无线通信,它可随意移动到任何地点并实现移动沟通,这是它最大的军用价值和优势。就概念而论,大气传输光学线路非常简单,即用发射机将激光束发射到接收机即可。然而,在实际的大气传输中,激光狭窄的光束对准确的接收有很高的要求,因此系统还应包括主动对准装置。在空间传输中,激光系统必须有很强的排除杂光的能力,否则阳光或其他照射光源就会淹没激光束。在实践中,需添加窄通滤光片,可以选择接收激光波长而阻挡其他的波长。

  目前而论,激光大气通信系统得以实用化涉及的关键技术,主要有连续波大功率激光器技术;自适应变焦技术;光波窄带滤波技术;光源稳频技术;信号压缩编码技术;光学天线设计制作和安装校准技术等。目前,国外用于大气激光通信的半导体激光器和接收器件已实现了商品化。据报道,近年美国、日本及俄罗斯等国都相继推出了适用于半导体激光大气通信的大功率器件,连续输出光功率可从数十毫瓦到数瓦。

  与传统的无线电通信手段相比,激光大气通信具有安装便捷、使用方便等特点,很适合于在特殊地形、地貌及有线通信难以实现和机动性要求较高的场所工作。此外,激光大气通信系统跟其他无线电通信手段相比,还具有不挤占宝贵的无线电频率资源、电磁兼容性好、抗电磁干扰能力强、且不干扰其他传输设备、保密性强等特点,并且在有效通信距离和宽带等方面还蕴藏着巨大的发展潜力。

  与光纤通信相比,使用新技术光通信设备还具有建网和维护费用低廉;实际应用中线路建立快捷,特别适合快速抢通;运行安全,不易被窃听;可移动,可升级等优点。因此,激光大气通信可极大地提高光通信系统的通信能力,大大节省光—电—光中继器及光端机,使通信技术产生新的飞跃。

  激光大气通信的应用在军事领域更是十分广泛,可以架在高山之间完成边防哨所和森林观察的通信;可以临时架设解决必要的通信及计算机联网或作为移动通信的转接站;可以架设在海岸、江河、岛屿或舰船上实现短距离保密通信;同时,其方便快捷和保密性好的优势,还非常适应战场移动指挥的通信需要。

  目前,激光大气通信技术已成为当今世界信息技术的一大热点,专家预言,未来它将是构筑军事通信技术网必不可少的环节,因此其发展趋势与潜力已引起各国高度重视。

  点评:通信已经成为我们日常生活的必须,如何更好的、更优质的利用通信技术造福人类,就是我们所追求的目标。激光通信其设备具有无电磁干扰、组网机动灵活、安装维护方便、通信可靠性高、保密性好、性能价格比优等优点,可传输多种速率的数据、话音、图像,因此具有广阔的应用前景,值得我们投入精力去研究。

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