文档介绍：自由空间激光通信技术
传输原理
大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统,它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号(声音或数据),接收并解调来自对方的激光脉冲信号,实现双工通信。
关键技术分析
高功率激光器的选择
空间光通信具有传输距离长,空间损耗大的特点,因此要求光发射系统中的激光器输出功率大,调制速率高。一般用于空间通信的激光器有三类:
二氧化碳激光器。输出功率最大(>10kw),,但体积较大,寿命较短,比较适合于卫星与地面间的光通信。
Nd:YAG(Y3Al5O12中文称之为钇铝石榴石晶体激光器)。波长为1064nm,能提供几瓦的连续输出,但要求高功率的调制器并保证波形质量,因此比较难于实现。这种激光器适合用于星际光通信。是未来空间通信的发展方向之一。
二极管激光器(LD)。具有高效率、结构简单、体积小、重量轻等优点。
波长为800~860nm的ALGaAs(砷化铝镓)LD和波长为970~1010nm的InGaAs(砷化铟镓)LD。
由于ALGaAsLD具有简单、高效的特点,并且与探测、D阵列具有波长兼容性,在空间光通信中成为一个较好的选择。
快速、精确的捕获、跟踪和瞄准(ATP)技术。
这是保证实现空间远距离光通信的必要核心技术。系统通常由以下两部分组成:
捕获(粗跟踪)系统。它是在较大视场范围内捕获目标,捕获范围可达±1°~±20°或更大。D阵列来实现,并与带通光滤波器、信号实时处理的伺服执行机构共同完成粗跟踪,即目标的捕获。
跟踪、瞄准(精跟踪)系统。该系统是在完成目标捕获后,对目标进行瞄准和实时跟踪。通常采用四象限红外探测器(QD)或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现。
精密可靠高增益(表示定向天线辐射集中程度的参数)的收、发天线
为完成系统双向互逆跟踪,空间光通信系统均采用收、发一体天线,隔离度近100%的精密光机组件。
由于二极管激光器光束质量一般较差,要求天线增益高,另外为适应空间系统,天线总体结构要紧凑、轻巧、稳定可靠。
大气信道
大气信道是随机的。
光的吸收和散射,特别在强湍流(流体流速很大的状态)情况下,光信号将受到严重干扰。
自适应光学技术可以较好地解决这一问题,并已逐步走向实用化
总之,空间光通信是包含多项工程的交叉科学研究课题,它的发展与多种技术的研究和发展密切不可分。
光电器件、激光技术和电子学技术的发展,为空间光通信奠定了物质基础