空间相干光通信光混频研究背景.doc

空间相干光通信光混频研究背景 ; 随着国家信息基础设施N I I(National Information Infrastructure)和全球信息基础设施GII(Global Information Infrastructure)的提出,社会对通信的要求越来越高。而目前卫星通信所采用的微波通信技术因受到体积、重量、功耗等方面的严格限制不能无限制地提高传输速率与容量。在卫星通信日益拥挤的今天,光波段通信有极大的潜力,是实现高速大容量通信的最佳方案,甚至可以说是唯一的解决方案。这已经是通信领域许多专家的共识。实际上,世界各主要技术强国为了争夺空间激光通信这一领域的技术优势,已经投入了大量的人力和物力,并取得了可喜的进展。星际空间激光通信包括深空、同步轨道(GEO)、中轨道(MEO)、低轨道(LEO)卫星间、地面站之间的激光通信,还包括卫星与地面站之间的激光通信。在卫星通信中,使用激光与使用微波相比,具有不少独特的优点: 1、与微波相比,光波频率高3~5个数量级,频率资源丰富得多,可以获得高得多的数据传输速率,能满足大容量传输的要求,并为实现空间多任务提供了时间保障。 2、激光波束比微波波束的发散角小3~5个数量级,这将大大增加接收端的电磁波能量密度,有利于终端减轻重量、减少体积,降低功耗。 3、必威体育官网网址和抗干扰性能极好,这对军事应用十分有利。 介于这些优势,空间光通信在军事通信、卫星通信、宽带接入和全球个人移动通信中具有举足轻重的地位,采用高频激光进行空间卫星通信已成为现代通信技术发展的新热点[1]。 美国是世界上开展空间光通信最早的国家,主要研究部门是美国宇航局(NASA)和美国空军。美国宇航局选择喷气推进实验室(Jet Pulsion Lab—JPL)进行卫星激光通信系统的研制, 1995年完成了激光通信演示系统(Laser Communication Demonstration Systems—LCDS),数据率为750 Mbps。该室目前正在进行激光通信演示系统(Optical Communication demonstration—OCD)研究,主要进行航天飞机与地面间通信链路的性能演示,传输速率为100 Mbps。在工业界的资助下, JPL还正在开发500 Mbps激光通信设备,已完成分析和设计工作,一些关键子系统也已研制成功,并正在进行子系统的工程组装工作。JPL目前还正在研制高功率(3·5 W) ND-YAG激光器、窄带激光滤波器及地面和空间的激光卫星跟踪网络。此外,美国宇航局还支持JPL进行其他卫星通信计划,如实现图像功能的窄带激光滤波器以及地面和空间的激光卫星通信跟踪网络。 美国的战略导弹防御组织(BMDO)也正在积极进行空间激光通信的研制开发工作,该工程由空军提供主要经费,由MIT林肯实验室进行有关关键技术和系统技术的研究。现已研制出激光通信终端设备,并进行了作用距离42 km、信息率1 Gbps、误码率Pe为10-6的全天候跟瞄实验。林肯实验室还研制出了窄带并且具有空间有哪些信誉好的足球投注网站和跟踪功能、达到量子限的收发光端机,该端机采用单模光纤进行内部连接。新近又研制出蓝绿光接收系统的快速原子谐振滤波器,相关合成技术的光多孔排列装置,宽角多址系统的码分多址技术,高功率(3·5 W)半导体激光功率放大器, 1~2 Gbps高速编码芯片,掺铒光纤功放/发信机, 10 Gbps高速调制器和具有近量子极限性能的高速接收装置等。 美国还紧密依靠和支持一些学校与公司开展有关空间光通信的关键技术的研究。例如美国TT公司负责激光对目标卫星的跟踪与锁定,以及对太阳本底噪声有高抑制作用的超窄带光滤波器的研究。TT公司首次在跟瞄系统中应用原子滤光器(FADOF),实验表明,可以在大视场角下获得较高的信噪比,满足通信系统的快速捕捉及跟瞄的要求。此外,美国宇航局也鼓励工业界积极参与卫星激光通信技术的研究,并签定了有关合同,共同开发卫星激光通信市场,包括政府和未来个人通信网络的需求[2~4]。 欧洲航天暑(ESA)于80年代后期开始确立了一项宏伟计划——SILEX(Semic -on doctor Laser Inter-Satellite Link Experiment)系统研制计划,该计划的目的是在两颗卫星间建立实验性的激光通信链路,其中高轨道(GEO)终端机置于ESA的ARTEMIS同步卫星上,低轨道(LEO)终端将载于法国的地球观测卫星SPOT4上。SILEX计划重点是研究卫星光通信光发射和接收端机等关键技术。该系统传输距离45 000 km,系统采用半导体激光器,波长范围为797~853 nm,信号光激光器平均输出功率为60 mW,光束发散角为10~16μrad。作为捕获、跟踪和瞄准的信标光激光器平均输出功率为700 mW,由19支70