 國外已完成和正在進(jìn)行研究的幾個激光通信系統(tǒng)的性能參數(shù)概況如表2所示。 取得空間實(shí)驗(yàn)成功的SILEX系統(tǒng)是歐洲宇航局研制的,包括兩個飛行器的空間光通信終端,其中高軌道(GEO)空間光通信終端載于歐洲航天局的ARTEMIS同步衛(wèi)星上,低軌道(LEO)空間光通信終端載于法國的地球觀測衛(wèi)星Spot-4上。該系統(tǒng)于2001年11月21日順利建立了光通信鏈路,完成50Mbps的光通信試驗(yàn)。 取得空間實(shí)驗(yàn)成功的另一個系統(tǒng)是日本郵政省通信實(shí)驗(yàn)室(CRL)研制的LCE系統(tǒng),于1995年取得了星地激光鏈接的成功。 隨著空間激光通信涉及的關(guān)鍵技術(shù)的解決,空間激光通信技術(shù)與系統(tǒng)的日趨完善,系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)全面進(jìn)入星載實(shí)驗(yàn)階段,空間激光通信應(yīng)用范圍越來越大,衛(wèi)星工程技術(shù)研究也進(jìn)一步深化。目前,空間激光通信的主要發(fā)展趨勢是: 1、原理性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)向建立工程實(shí)用的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化; 2、展更高傳輸速率系統(tǒng); 3、向小型化及輕量化發(fā)展; 4、實(shí)現(xiàn)星間組網(wǎng)。 國外衛(wèi)星激光通信系統(tǒng) 具體關(guān)鍵技術(shù)最新進(jìn)展 激光通信系統(tǒng)構(gòu)成大致可分為以下幾個部分,激光器、探測器、高速調(diào)制和解調(diào)、高速電系統(tǒng)單元、高精度的APT組成、高質(zhì)量的光系統(tǒng)和天線、高穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)等。下面對激光器技術(shù)、APT技術(shù)、調(diào)制與接收技術(shù)、振動抑制技術(shù)目前發(fā)展情況予以簡單的介紹。 1、激光器技術(shù) 用于建立激光鏈路的光源,一直是激光通信的關(guān)鍵技術(shù)之一,由于受到光傳輸介質(zhì)及探測器的影響,對激光波長的研究主要集中在800nm、1000nm及1550nm三個波段,除去激光通信第一代氣體激光器,其后用于星上的激光器研究主要集中在與以上三種波長對應(yīng)的半導(dǎo)體激光器、固體激光器和光纖激光器。 (1)半導(dǎo)體激光器 半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為激光工作物質(zhì)的激光器。它的優(yōu)點(diǎn)在于超小的外形體積、極高的轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)簡單等。在已進(jìn)行的星間、星-地試驗(yàn)中幾乎都采用半導(dǎo)體激光器。但半導(dǎo)體激光器相比較與別的激光器,缺點(diǎn)是發(fā)射光功率較小、波長穩(wěn)定性差、線寬較寬、調(diào)制速度較低。相對于別的缺點(diǎn),發(fā)射功率是它最大的缺點(diǎn),SILEX系統(tǒng)中,信標(biāo)光使用了19只半導(dǎo)體激光器,STRV-2系統(tǒng)不管是信標(biāo)還是信號都使用了多只激光器。多只激光器復(fù)合會帶來別的問題。針對于發(fā)射功率限制,一種被稱為主控振蕩功率放大(MOPA)的半導(dǎo)體器件被采用。根據(jù)所公布資料中MOPA的參數(shù)可以看出,半導(dǎo)體激光器功率小的問題已獲得初步解決,只要MOPA的功率環(huán)境能滿足空間環(huán)境的要求,半導(dǎo)體激光器會被更廣泛的應(yīng)用于星間和星地激光鏈接。 (2)固體激光器 固體激光器因其體積大、轉(zhuǎn)換效率低并未被星上應(yīng)用看好,但隨著探測靈敏度對調(diào)制方式選擇,固體激光器波長穩(wěn)定性好、發(fā)射功率可以做得很大的優(yōu)點(diǎn)受到重視。特別是Nd:YAG固體激光器,比較適合空間應(yīng)用。 Nd:YAG激光器優(yōu)異的性能使其可采用各種調(diào)制方式,雖然1064nm的波長落在APD的高增益區(qū)外,但基于PSK調(diào)制、直接采用光零差解調(diào)的檢測方式,可使探測器靈敏度大幅提高,幾乎等于量子極限∽9光子/比特。據(jù)資料報道,Nd:YAG激光器的在保證性能的情況下,已通過各種空間環(huán)境試驗(yàn),滿足空間飛行條件。 長期以來,Nd:YAG激光器的電光轉(zhuǎn)換效率是它的一個突出缺點(diǎn),現(xiàn)在這一情況已經(jīng)部分得到改善,通過采用性能比較好的半導(dǎo)體激光二極管作為泵浦光源,可以提高Nd:YAG激光器的電光轉(zhuǎn)換效率,使其達(dá)到較高的程度。 (3)光纖激光器 光纖通信技術(shù)到目前為止,已經(jīng)是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù),不管是體積、轉(zhuǎn)換效率、光束質(zhì)量、發(fā)射功率、譜線寬度、波長穩(wěn)定性還是調(diào)制速率,都可以通過對陸上已有的器件經(jīng)過比較簡單的技術(shù)加工而使其滿足星上應(yīng)用。在接收端已經(jīng)存在的低噪前置光纖放大器,也可以滿足接收端對靈敏度的要求。 目前光纖激光器用于星上最大的問題是空間光到光纖的耦合問題。耦合問題包括耦合效率問題和耦合頭的污染問題。目前已有1550nm的星間激光通信系統(tǒng)正在研究,如果耦合效率問題和耦合頭的污染問題能很好的得到解決,光纖激光器及光纖前置放大器能滿足空間環(huán)境要求,采用1550nm的光纖無線高速星間、星地通信系統(tǒng)的鏈路建立應(yīng)該沒有多大問題。 |
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