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        光通信是一種利用激光傳輸信息的通信方式。激光是一種新型光源，具有亮度高、方向性強(qiáng)、單色性好、相干性強(qiáng)等特征。按光信號是否通過光纖傳輸，可分為有線光通信和無線光通信。按光傳輸媒質(zhì)的不同，光通信又可分為光纖通信、自由空間光通信、藍(lán)綠光通信和LED燈光通信等。自由空間光通信傳輸介質(zhì)是大氣，藍(lán)綠光通信是海水，光纖通信是光纖。自由空間光通信又分近地大氣光通信、衛(wèi)星間光通信、星地間光通信。

       自由空間光通信與微波通信相比，具有調(diào)制速率高、頻帶寬、天線尺寸小、功耗低、保密性好、抗干擾和截獲能力強(qiáng)、不占用頻譜資源等特點(diǎn)；與光纖通信相比，具有機(jī)動靈活、對市政建設(shè)影響較小、運(yùn)行成本低、易于推廣等優(yōu)點(diǎn)。自由空間光通信可以在一定程度彌補(bǔ)光纖通信和微波通信的不足。自由空間光通信設(shè)備或天線可以直接架設(shè)在屋頂，既不需要申請頻率執(zhí)照，也無須敷設(shè)管道挖掘馬路。在點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)中，在確定發(fā)/收兩點(diǎn)之間視線不受阻擋之后，一般可在數(shù)小時之內(nèi)安裝完畢，投入運(yùn)行。

       我的人生哲學(xué)就是工作，我要揭示大自然的奧秘，并以此為人類造福。我們短暫的一生中，我不知道還有什么比這種服務(wù)更好的了。—愛迪生（T.A.Edison）

        無線光通信端機(jī)由光學(xué)天線（望遠(yuǎn)鏡）、激光發(fā)射/接收機(jī)、信號處理單元、自動跟瞄系統(tǒng)等部分組成。光發(fā)射機(jī)光源采用激光器（LD）或發(fā)光二極管（LED），光接收機(jī)采用PIN光電二極管或雪崩光電二極管（APD），無線光通信的模型如圖12.1.1所示。

圖12.1.1無線光通信的模型

       衛(wèi)星光通信系統(tǒng)是相隔極遠(yuǎn)距離的光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其技術(shù)難點(diǎn)來自于超遠(yuǎn)的距離、鏈路的動態(tài)變化和復(fù)雜的空間環(huán)境。光學(xué)系統(tǒng)是衛(wèi)星光通信系統(tǒng)的主體，它的主要作用是由光發(fā)射機(jī)光學(xué)系統(tǒng)將需要傳輸?shù)墓庑盘栍行У匕l(fā)向光接收機(jī)。衛(wèi)星光通信光學(xué)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖12.1.2所示，主要分為發(fā)射光路和接收光

路。發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)主要由激光器、整形透鏡組、瞄準(zhǔn)鏡和發(fā)射光學(xué)天線組成。接收光學(xué)系統(tǒng)主要由接收光學(xué)天線、分色鏡、分光鏡、濾光器和光探測器組成。在收/發(fā)共用的衛(wèi)星光通信終端中，光學(xué)天線既用于發(fā)射光信號，也用于接收光信號。發(fā)射天線的主要作用是壓縮發(fā)射光束發(fā)散角和縮短發(fā)射光路筒長，而接收光學(xué)天線的主要作用是擴(kuò)大接收口徑，以便接收到更多的光發(fā)射機(jī)光場功率。

       通常，天線采用卡塞格倫（Cassegrain）望遠(yuǎn)鏡，它包含兩個鏡子，一個是拋物面柱形凹面鏡，稱為主鏡，另一個是雙曲凸面鏡，稱為副鏡。卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡具有低成本和有限發(fā)散角的優(yōu)點(diǎn)。

圖12.1.2衛(wèi)星光通信光學(xué)系統(tǒng)示意圖

       發(fā)射天線有單（或多）天線發(fā)射/單（或多）天線接收，多天線發(fā)射/多天線接收可以抑制大氣湍流的影響。

       濾光器有光闌空間光濾光器、帶外背景光濾光片等。光闌空間濾光器是一個中心孔狀的金屬薄片，其作用是限制成像光束大小，以降低接收光噪聲，并避免光接收機(jī)出現(xiàn)飽和情況。這可通過反饋光接收機(jī)輸出信號電平，控制光闌的孔徑大小來實現(xiàn)。帶外背景光是噪聲的主要來源，吸收濾光片可以消除特定環(huán)境光和太陽光，可以設(shè)計成帶通、高通或低通濾光片。高通濾光器可以濾除一些太陽光輻射，得到波長為1550nm的入射信號光。干涉濾光片，如多層電介質(zhì)鏡（圖4.4.1）就具有帶通濾光特性。

       為使光反射機(jī)和光接收機(jī)之間的光路鏈路穩(wěn)定，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)又分為信標(biāo)發(fā)射子系統(tǒng)和信號發(fā)射子系統(tǒng)，而接收光學(xué)系統(tǒng)則進(jìn)一步分為跟蹤接收子系統(tǒng)和通信接收子系統(tǒng)。

       為完成系統(tǒng)雙向互逆跟蹤，空間光通信系統(tǒng)均采用收、發(fā)一體天線。由于半導(dǎo)體二極管激光器（LD）光束質(zhì)量一般較差，要求天線增益高，結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、穩(wěn)定可靠。目前天線口徑一般為幾厘米至25厘米。比如日本宇宙開發(fā)事業(yè)團(tuán)研制的低軌（軌道高度600km）測試衛(wèi)星終端，卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡天線孔徑26cm，發(fā)射波長847nm，發(fā)射功率40mW，調(diào)制方式為非歸零（NRZ）脈沖，數(shù)據(jù)速率49Mbit/s。