激光通信概述.doc

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1、激光通信概述一、引言1960年激光的出现极大地促进了许多学科的发展，其中包括通讯领域。激光良好的单色性、方向性、相干性及高亮度性等特点正是光通信所需的理想光源，将激光用于通信的想法随之产生，从此掀开了现代光通信史崭新的一页，经过近40年的努力，各项基本技术有了很大的发展，在当今的信息传递中占有非常重要的地位。二、激光通信简介激光通信是利用激光光束作为信息载体来传递信息的一种通信方式，和传统的电通信一样，激光通信可分为有线激光通信和无线激光通信两种形式。有线激光通信就是近二、三十年来迅猛发展起来的以光导纤维作为传输媒质的光纤通信，目前已成为高速有线信息传输

2、的骨干，具有了相当的规模，正在逐步取代传统的电缆通信。无线激光通信也称自由空间激光通信，它不使用光纤等导波介质，直接利用激光在大气或外太空中进行信号传递，可进行语音、数据、电视、多媒体图像的高速双向传送，不仅包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星间的光通信，还包括地面站的光通信，有所谓GEO（GeosynchronousEarthObit）－－GEO、GEO－－－LEO（LOWEARTHOBIT）、LEO－－LE、LEO---地面等多种形式，是目前国际上的一大研究热点，世界上各主要技术强国正投入大量人力和物力来争夺这一领域的技术优势。根据其使用情况，无线

3、光通信可分为：点对点、点对多点、环形或网格状通信。而从光可以有一定穿透能力的介质来看，光在自由空间的传播介质有近地面大气层、远离地面的深空和水三种，因此根据其传输信道特征则又可分为：大气激光通信、星际（深空）激光通信和水下激光通信。大气传输光通信系统大致可分：半导体激光通信系统，气体激光通信系统以及空间激光通信系统等几个类型。半导体激光通信系统的特点是体积小，重量轻，灵活，方便。大气传输光通信系统自问世以来，发展迅速。初期传递信息单一，距离也很有限。随着激先器件和探测器件的发展，激先通信传递信息范围更加广泛，距离也不断增大，传输速率也有很大提高，这样就给

4、它的进一步应用拓宽了道路。大气传输激先通信系统因用不可见近红外光为载波，极难截获，困而保密性好、还有一个突出特点就是抗干扰性强；能在强电磁坡干扰下迅速、准确、可靠地传输各种数据及其它信息。能使指挥首脑机关同前沿阵地各部实现有效地通信及各种数据的交换，实现资源共享、因此在未来战争中电子对抗情况丁无线通信极易受到干扰而中断，在野战中又无法架设有线通信线路时，本系统将成为不可替代的有效的通信手段。此外它也可用作海上石油生产平台、森林采代、矿山上应用。三、激光在传输中所受的影响1.激光束在大气中的传输大气是由大气分子、水蒸汽及各种杂质微粒组成的混合物，主要的气体

5、分于有N2、O2、CO2及情性气体Ar、Ne、Kr、Xe、Rn等，大气中的杂质微粒成分复杂，形态各异，尺度分布很广，约在0.03～2000um之间，一般将杂质微粒分为固态粒子和液态粒子，主要的固态粒子有尘埃，烟雾，风沙及各种工业污染物，液态粒子按其形态则有云滴、雾滴、雨滴、冰晶、雪花、冰雹等。由于温度差异、风等原因，大气中的分子、微粒处于不断的运动之中，其组成、湿度、密度等都在不断地变化，使得大气常处于湍流运动状态，大气性质对激光束的传输有很大的影响，主要的影响有：大气分子及悬浮微粒对光束的吸收与散射、大气湍流运动对光束的扰动，前者主要导致光束能量损失，

6、工程上常称大气衰减，后者引起光束的强度闪烁、光束漂移、扩展与抖动等现象，通常称大气湍流效应。对于强激光，则还有大气击穿，热畸变效应和受激喇曼散射效应。2.大气吸收大气对光具有吸收作用，在紫外，可见光及红外区域，主要的吸收分子是H2O、CO2、N2O及少量的CO、CH4。紫外区在0.2－0.26um间存在氧的弱吸收，主要的吸收来源于臭氧0.3-0.36um是它的强吸收带。可见光区，水汽在队0.5～0.77um间存在强吸收。红外区，最活跃的吸收气体分子是水汽、臭氧和二氧化碳，其他如N20、CH4、CO和若干污染物分子也有明显的吸收线和吸收带。气体分子的大量吸

7、收谱线组成了吸收带群，但在吸收带之间少数几个区域中存在相对“透明”的“窗口”，在这些窗口中辐射透过率较高，吸收较弱，通常称大气窗口，最常用的有又2.00～2.4um，3．4～4.1um，8～13um窗口3.大气中的微粒散射对光通信链路的影晌大气中的悬浮微粒主要分为两种：固态粒于和液态粒子，固态粒子一般有尘埃、烟、工业污染物，液态粒子则有雾、雨等。尘埃等大气悬浮固体粒子对光通信链路的影响。4.烟雾悬浮粒子对光通信链路的影响大气中的悬浮粒，例如灰尘、烟雾、工业污染物等，主要来源于人类活动、火山喷发，植物的分泌物及宇宙尘埃等，不同区域，不同环境差异很大。当它们

8、使空气变混浊，对大气能见度造成一定的影响时，称为霾，是自然界中很常见的一种现象，