从烽火传递到高速激光通信(1)
提到光通信你会想到什么？是光波、光纤、光缆这些充满科技感的专业名词吗？其实，光通信有着几千年的悠久历史，早在周代，我们的祖先就发明了用于军事的光通信系统—烽火台。据《周礼》记载，西周时期，为了防备敌人入侵，采用“烽隧”作为边防告急的联络信号。从边疆到腹地的通道上，每隔一段距离，筑起一座烽火台，接连不断。在敌人入侵时，烽火台一个接一个地燃放烟火传递警报。这种通信方式并非只在中国出现过，约公元前800年，古希腊人和古罗马人也曾采用烽火传递信号。18世纪90年代，旗语开始应用于法国航海界，这也是一种光通信系统。烽火、旗语均采用人的眼睛来接收信息，因此可称之为目视空间光通信。
1880年，亚历山大·贝尔的光电话实验开启了光通信的全新方式。贝尔用弧光灯或太阳光作为光源，并通过透镜将光聚焦在话筒的振动片上。当人对着话筒讲话时，振动片因人体发出的声波而发生振动，进而使反射光随着话音的强弱产生相应变化，从而将声音信息调制到光波上。载有声音信息的光波經空气传送到接收端。在接收端，利用抛物面镜将光波聚焦到光敏电池上，光敏电池将光能转换成电流并送到听筒，手持听筒者就可以听到从发送端传送过来的声音了。在这次实验中，贝尔利用光波将声音信息传送了约213米。贝尔的实验是空间光通信技术的雏形，是第一次实现真正意义上的空间光通信。
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什么是空间光通信？信息如何通过光波传输呢？
日常生活中用到的无线通信(对讲机)和移动通信(手机)，其实是“波通信”，无论无线电波还是光波，其本质都是电磁波。空间光通信是以光波为信号载体，不需要使用光纤等波导介质，在大气、真空或水下等自由信道中进行信息传输的一种无线通信技术。空间光通信系统通常包括光学天线、发射光端机、信道(真空、大气或水等)和接收光端机。
光学天线是用于通信激光的发射和接收的光学系统。若要实现对飞机、卫星等动平台间的光通信，还要求光学天线具备对动平台上的通信激光的捕获、瞄准和跟踪的功能，就如天文爱好者利用光学望远镜对天空中的星光进行捕获和跟踪。
发射光端机用于将电信号转换为光信号，其基本器件包括信号源、光源和调制器。我们在电脑中处理的信息是用0和1表示的比特流，发射光端机是怎样把电信号转换成光信号的呢？一种最简单的产生光比特流的方式叫直接调制。直接调制是用信号直接调制光源的输出光强，光源的输出光功率与驱动电流成正比。调制1的时候，输入到光源的电流大，光源的输出振幅大，能量强，代表信息“1”；调制0的时候，输入到光源的电流小，光源的输出振幅小，能量弱，代表信息“0”。在接收端，接收光端机将光信号转换为电信号，接收到“强”能量，判断为信息“1”；接收到“弱”能量，判断为信息“0”，这样就完成了信息从发送方至接收方的传递。
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空间光通信与无线电波通信有什么不同呢？
1.通信容量大。空间光通信一般以激光为载波，常用的频率为190～560THz(1THz=1012Hz)，约为微波通信频率的数千倍乃至数万倍，可实现更高的数据传输速率。每束波束光波的数据传输速率可达20Gbps，并且可采用波分复用技术使通信容量提升几十倍。因此，光通信具有传输频带宽、通信容量大的优点。
2.抗电磁干扰能力强、安全保密性高。空间激光通信采用激光作为载波，激光光束极窄。通常星地通信信号激光的发散角为几十微弧度，信息传递不易被其他设备捕获，可有效提高抗干扰、防窃听的能力。
3.无需授权许可证。空间激光通信工作频率在100THz以上，不挤占宝贵的无线电频率资源，无需像无线电通信那样申请频率使用的许可证。
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4.快速链路部署。对于几千米至数十千米的短距离光通信，只需在通信点上进行设备安装，相比光纤通信，不需要埋设光纤，工程建设以小时或天为计量单位，重新撤换部署也很容易。
成熟的卫星通信频段资源日益枯竭，就目前在国际电信联盟登记的情况看，Ku频段上的资源已经饱和，静止轨道上的常规频段卫星也已经十分拥挤，几乎不能再发新的卫星。给卫星装上激光通信终端具有明显的优势：空间激光通信链路无需审批，可直接使用，不存在频谱受限难题；通信速率高、信息容量大，速率能达到10～40Gbps；同时，由于光源功耗小，收发天线就会做得很小，因此激光通信终端体积小、重量轻，可减轻卫星通信载荷负担。
美国、日本以及一些欧洲国家均在空间激光通信技术领域投入巨资，进行相关技术研究和在轨试验，对空间激光通信系统所涉及的各项关键技术展开了全面深入的研究，不断推动空间激光通信技术迈向工程实用化。
2014年，美国进行了国际空间站至地面的下行50Mbps(1Gbps=1000Mbps)单向激光通信。面向激光通信空间组网的需求，美国正在开展激光通信中继验证计划，旨在实现4.5万千米的GEO光学卫星至地面的双向激光链路。根据美国国家航空航天局(NASA)下一代(2024年)光通信中继卫星至地链路规划，其目标是下行速率达到100Gbps，可用度为97%。欧洲的光通信组网验证项目正在开展中，2015年9月德国成功进行了同步轨道Alphasat卫星LCT终端与地面站的1.8Gbps双向相干通信试验。以欧洲空间局(ESA)主导的“全球网”EDRS项目预计2020年完成，其星地指标是实现GEO光学卫星至地的1.8Gbps双向激光链路。, 百拇医药(芮道满)
贝尔开启现代光通信
1880年，亚历山大·贝尔的光电话实验开启了光通信的全新方式。贝尔用弧光灯或太阳光作为光源，并通过透镜将光聚焦在话筒的振动片上。当人对着话筒讲话时，振动片因人体发出的声波而发生振动，进而使反射光随着话音的强弱产生相应变化，从而将声音信息调制到光波上。载有声音信息的光波經空气传送到接收端。在接收端，利用抛物面镜将光波聚焦到光敏电池上，光敏电池将光能转换成电流并送到听筒，手持听筒者就可以听到从发送端传送过来的声音了。在这次实验中，贝尔利用光波将声音信息传送了约213米。贝尔的实验是空间光通信技术的雏形，是第一次实现真正意义上的空间光通信。
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什么是空间光通信？信息如何通过光波传输呢？
日常生活中用到的无线通信(对讲机)和移动通信(手机)，其实是“波通信”，无论无线电波还是光波，其本质都是电磁波。空间光通信是以光波为信号载体，不需要使用光纤等波导介质，在大气、真空或水下等自由信道中进行信息传输的一种无线通信技术。空间光通信系统通常包括光学天线、发射光端机、信道(真空、大气或水等)和接收光端机。
光学天线是用于通信激光的发射和接收的光学系统。若要实现对飞机、卫星等动平台间的光通信，还要求光学天线具备对动平台上的通信激光的捕获、瞄准和跟踪的功能，就如天文爱好者利用光学望远镜对天空中的星光进行捕获和跟踪。
发射光端机用于将电信号转换为光信号，其基本器件包括信号源、光源和调制器。我们在电脑中处理的信息是用0和1表示的比特流，发射光端机是怎样把电信号转换成光信号的呢？一种最简单的产生光比特流的方式叫直接调制。直接调制是用信号直接调制光源的输出光强，光源的输出光功率与驱动电流成正比。调制1的时候，输入到光源的电流大，光源的输出振幅大，能量强，代表信息“1”；调制0的时候，输入到光源的电流小，光源的输出振幅小，能量弱，代表信息“0”。在接收端，接收光端机将光信号转换为电信号，接收到“强”能量，判断为信息“1”；接收到“弱”能量，判断为信息“0”，这样就完成了信息从发送方至接收方的传递。
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光通信与无线电波
空间光通信与无线电波通信有什么不同呢？
1.通信容量大。空间光通信一般以激光为载波，常用的频率为190～560THz(1THz=1012Hz)，约为微波通信频率的数千倍乃至数万倍，可实现更高的数据传输速率。每束波束光波的数据传输速率可达20Gbps，并且可采用波分复用技术使通信容量提升几十倍。因此，光通信具有传输频带宽、通信容量大的优点。
2.抗电磁干扰能力强、安全保密性高。空间激光通信采用激光作为载波，激光光束极窄。通常星地通信信号激光的发散角为几十微弧度，信息传递不易被其他设备捕获，可有效提高抗干扰、防窃听的能力。
3.无需授权许可证。空间激光通信工作频率在100THz以上，不挤占宝贵的无线电频率资源，无需像无线电通信那样申请频率使用的许可证。
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4.快速链路部署。对于几千米至数十千米的短距离光通信，只需在通信点上进行设备安装，相比光纤通信，不需要埋设光纤，工程建设以小时或天为计量单位，重新撤换部署也很容易。
给卫星装上光宽带
成熟的卫星通信频段资源日益枯竭，就目前在国际电信联盟登记的情况看，Ku频段上的资源已经饱和，静止轨道上的常规频段卫星也已经十分拥挤，几乎不能再发新的卫星。给卫星装上激光通信终端具有明显的优势：空间激光通信链路无需审批，可直接使用，不存在频谱受限难题；通信速率高、信息容量大，速率能达到10～40Gbps；同时，由于光源功耗小，收发天线就会做得很小，因此激光通信终端体积小、重量轻，可减轻卫星通信载荷负担。
美国、日本以及一些欧洲国家均在空间激光通信技术领域投入巨资，进行相关技术研究和在轨试验，对空间激光通信系统所涉及的各项关键技术展开了全面深入的研究，不断推动空间激光通信技术迈向工程实用化。
2014年，美国进行了国际空间站至地面的下行50Mbps(1Gbps=1000Mbps)单向激光通信。面向激光通信空间组网的需求，美国正在开展激光通信中继验证计划，旨在实现4.5万千米的GEO光学卫星至地面的双向激光链路。根据美国国家航空航天局(NASA)下一代(2024年)光通信中继卫星至地链路规划，其目标是下行速率达到100Gbps，可用度为97%。欧洲的光通信组网验证项目正在开展中，2015年9月德国成功进行了同步轨道Alphasat卫星LCT终端与地面站的1.8Gbps双向相干通信试验。以欧洲空间局(ESA)主导的“全球网”EDRS项目预计2020年完成，其星地指标是实现GEO光学卫星至地的1.8Gbps双向激光链路。, 百拇医药(芮道满)