 國外已完成和正在進行研究的幾個激光通信系統(tǒng)的性能參數概況如表2所示。 取得空間實驗成功的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。 取得空間實驗成功的另一個系統(tǒng)是日本郵政省通信實驗室(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鍵技術的解決,空間激光通信技術與系統(tǒng)的日趨完善,系統(tǒng)實驗已經全面進入星載實驗階段,空間激光通信應用范圍越來越大,衛(wèi)星工程技術研究也進一步深化。目前,空間激光通信的主要發(fā)展趨勢是: 1、原理性實驗系統(tǒng)向建立工程實用的系統(tǒng)轉化; 2、展更高傳輸速率系統(tǒng); 3、向小型化及輕量化發(fā)展; 4、實現星間組網。 國外衛(wèi)星激光通信系統(tǒng) 具體關鍵技術最新進展 激光通信系統(tǒng)構成大致可分為以下幾個部分,激光器、探測器、高速調制和解調、高速電系統(tǒng)單元、高精度的APT組成、高質量的光系統(tǒng)和天線、高穩(wěn)定的機械結構等。下面對激光器技術、APT技術、調制與接收技術、振動抑制技術目前發(fā)展情況予以簡單的介紹。 1、激光器技術 用于建立激光鏈路的光源,一直是激光通信的關鍵技術之一,由于受到光傳輸介質及探測器的影響,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的半導體激光器、固體激光器和光纖激光器。 (1)半導體激光器 半導體激光器是以半導體材料作為激光工作物質的激光器。它的優(yōu)點在于超小的外形體積、極高的轉換效率、結構簡單等。在已進行的星間、星-地試驗中幾乎都采用半導體激光器。但半導體激光器相比較與別的激光器,缺點是發(fā)射光功率較小、波長穩(wěn)定性差、線寬較寬、調制速度較低。相對于別的缺點,發(fā)射功率是它最大的缺點,SILEX系統(tǒng)中,信標光使用了19只半導體激光器,STRV-2系統(tǒng)不管是信標還是信號都使用了多只激光器。多只激光器復合會帶來別的問題。針對于發(fā)射功率限制,一種被稱為主控振蕩功率放大(MOPA)的半導體器件被采用。根據所公布資料中MOPA的參數可以看出,半導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,半導體激光器會被更廣泛的應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、轉換效率低并未被星上應用看好,但隨著探測靈敏度對調制方式選擇,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)點受到重視。特別是Nd:YAG固體激光器,比較適合空間應用。 Nd:YAG激光器優(yōu)異的性能使其可采用各種調制方式,雖然1064nm的波長落在APD的高增益區(qū)外,但基于PSK調制、直接采用光零差解調的檢測方式,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,滿足空間飛行條件。 長期以來,Nd:YAG激光器的電光轉換效率是它的一個突出缺點,現在這一情況已經部分得到改善,通過采用性能比較好的半導體激光二極管作為泵浦光源,可以提高Nd:YAG激光器的電光轉換效率,使其達到較高的程度。 (3)光纖激光器 光纖通信技術到目前為止,已經是一項非常成熟的技術,不管是體積、轉換效率、光束質量、發(fā)射功率、譜線寬度、波長穩(wěn)定性還是調制速率,都可以通過對陸上已有的器件經過比較簡單的技術加工而使其滿足星上應用。在接收端已經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)的鏈路建立應該沒有多大問題。 |
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