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1、无线激光通信提交老师：姓名：鲍玉贵 班级：光信二班 学号:2013210220内容摘要:从古代的利用光进行简单地信息交流，到如今快捷式的光通信时代，这是一个巨大的飞跃，无论是“烽燧” 、航灯，还是电视、电话，无一不是人类智慧在信息传播中的产物。激光是光当中特殊的一种，从它的发展历史、传播信息的原理、以及所需要的激光仪器、然后实现信息的高效、快速传递，这经历了一个漫长的过程。而我们能做的就是在前人的基础上继续努力，把它做得更好，更完善。英文摘要：From the ancient use of light simply the exchange of information, to todays
2、fast-type optical communication era, this is a huge leap forward, whether it is beacons, navigation lights, or a television, telephone, and both are in the information dissemination of human intelligence product. The laser is a special kind of light which, from its history, principles of disseminati
3、on of information, as well as the need for laser equipment, and efficient, rapid transmission of information, which has gone through a long process. And we can do is continue to work hard on the basis of previous, make it better and better.关键词：光信号检测器、非相干光、相干光、自动对准、编码一、激光通信发展历史 现代人类社会三大基础结构为交通、能源、通信。
4、交通就是转移人或物资；能源，如煤炭、石油和电力等，二通信就是传递能量；而通信就是传递消息。通信作为人类社会的“神经系统” ，无论是对物质文明还是对精神文明的建设，都具有深远影响。当代社会基础结构真正重大的变革不在运输与能源，而将发生在通信领域，光通信的崛起并逐渐引起人们的重视，就是这种变革的一个重要组成部分。人们利用光传递消息的方法由来已久，总的可以分为三个阶段。第一阶段为第二次世界大战之前，可以追溯到公元前七百年前，这是人们利用光进行传递信息的朴素应用阶段，如利用燧进行报警，传递边防敌人入侵的消息，通过借力延长通信的距离，通过火光或燧的多少代表不同的内容，相当于现代的通信编码。即使是在近代，
5、港口、码头的航标灯就是通过灯光传递导航信号，轮船通过灯互相联络。在这一阶段人们的视觉就相当于“光信号检测器” ，但只能在人的视觉能见度范围内传递消息，依赖于人本身的特殊性，具有很大的局限性。第二阶段是从第二次世界大战开始，以贝尔发明广东电话为标志。人类开始利用光进行通信的新时代。这一时期利用的光源都是非相干光，其目的都是为了军事通信。人们开始采用红外光源进行通信，增加了通信的保密性，但由于采用非相干光源，信道噪声大，限制了光通信在实际中的应用。这期间最大的技术进步是采用电子检测，提高了光通信的自动化程度，通信码率提高到了实用的程度。第三阶段以西方发达国家进行空间通信为标志，开创了人类利用激光进
6、行通信的新时代。由于采用了相干光源，使人们增强了对激光通信的研究热情，各个著名的实验室和一些大国为特定的军事用途在激光通信领域展开了激烈的竞争，从单元技术到系统集成都取得了重要的突破。这一时期人们开展了光束自动对准技术的研究，进行了各种通信编码技术在激光通信领域应用的探索。可以说，凡是人们在传统射屏技术领域内成熟的技术，都有人在试图将其应用到激光通信领域，以提高激光通信的质量。二、无线激光通信的基本原理最简单的无线电通信系统都包括发射和接收两部分，发射器由高频发射器和振荡器组成。高频发射器用来产生高频的振荡，调制器是某一参数随信号的变化而改变，然后通过天先将已调电磁波发射出去。当已调电磁波通过
7、空间传送到接受天线时，首先在接收天线上产生出同样变化规律的电流。检波器将高频电流恢复为原来的信号最初的无线激光通信系统与无线电系统的结构大致相同。待传送的信号经过编码器编码后，加载到调制器的激励器上，调制器的激励电流就随着信号的变化规律变化，寄过去的输出信号经调制器调制后，相关的参数（强度、相位、振幅和偏振）就会按照相应的规律变化。最后经过光学天线变换为发散角很小的已调光束向空间发射出去。接收端接收到已调光束之后，首先经过光检测器转换成射频电流，然后馈入射频检波器，最后由解码器调节出原来的信号。三、激光的特点 我想激光通信最基础的是要有合适的光源也就是激光，其次就是能把激光转变为信号、并且能够
8、传送翻译的激光器，只有这样我们才能把激光变为一种快速传输信息的方式。激光如同电磁波一样，它具有高度的相干性，相干就是说两个波具有相同的方向、频率和相位。自发的辐射的是非相干波，无线电磁波是相干波，激光则是高度相干波。非相干波是不能借助于透镜提高光点的亮度，因为非相干波是杂乱无章的，经过透镜聚焦后，形成一个很宽的像，能量不能很好地集中到一块；非相干光的频谱分布很宽，从红外区一直到紫外区，接收器很难接收，但是如果改善接收器又会引起较大的背景噪音，还有就是非相干光的相位是随机的，杂乱无章，所以不适合作为信息的载体，如果若干个波随机的叠加在一起，那么信息就会面目全非。高中时我知道了能及的跃迁，而激光的
9、频率也就是由能级和基态之间的距离确定的，对于通信 来说，单色性越好，就越可以采用外差来进行检测，接收机的灵敏度和信噪比也就越高。我们知道，通信系统的信息量与频率成正比，频带越宽，信息量越大。假如每套电视站 4KHz,就可以容纳 100 亿路电话。如果每台电视占用 10MHz 宽带，可以容纳 1000 万套电视节目而且互相不干扰。这就是其他通信方式所不可比拟的，也是激光通信的最大优点激光是各种电子波束中发散角最小的，经过光学扩大和准直后，激光的发散角可以控制在数十微弧度左右，如果采用理想的谐振腔，发散角可以接近于理论衍射极限。这样的激光束即使照射到月球表面，照射面积的直径也不过 3.2KM。由于
10、激光束及窄，有效功率和亮度特别高，甚至可以用来作为激光武器。 四、激光器技术的发展激光通信离不开激光器。激光技术的出现，使得人们采用相干光源进行通信成为可能。激光的英文词为“Laser”Laser 一词是“Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation”的缩写。字面意思是“通过辐射的受激发射实现光放大” ，实质是光的受激放大，简称为激光。激光的出现，一方面使电子学的概念、理论和技术推进到了光频电磁波段，产生了光频电子学；另一方面使传统光学的面貌发生了革命性的变化，产生了量子光学、信息光学和非线性光学，统称为现代光学。因为激光也是
11、光，所以激光器的发明使人们对光有了更进一步的认识，如果没有激光的发明和激光技术的发展，人们不会知道怎样开发利用光频电磁波段，更不会有今天高速发展的信息时代。 微波已经是通信，包括我们最常用的电视和电话等的重要媒介。而微波既可以通过空气传送，也可以经过波导传输。因此人类认为激光也可以像微波一样传输，那么就可以实现远距离激光通信。最后当然也实现了这一想法。比如，美国贝尔电话公司的贝尔实验室就在致力于这方面的研究，那时候高容量电话系统就是靠微波在塔之间传输，和微波电视传送一样。贝尔实验室的用激光器做了一个模拟实验，由于距离原因，经过多次试验也没有取得什么进展。相对于无线激光通信而言，雨、雪或雾度有可
12、能使信号大大衰减，因此从空中传送信号不能满足人们的需求。但是激光技术的发展改变了人们利用热光源进行通信的历史，使得无线激光通信成为现实。激光器虽然有很多种，但是其制作原理基本上相同。大多数都是由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成。激励系统就是产生光能、电能或化学能的装置。比如通过光照、通电或者化学反应等。激光物质是能够产生激光，如红宝石、铍玻璃、氖气、半导体、有机材料等。光学谐振腔就是用来加强输出激光的亮度，调节和选定激光的波长和方向等。激光器分类主要有固体激光器、半导体激光器、气体激光器和液体激光器四种。1958 年，美国的物理学家肖洛、汤斯发表了著名的激光原理的论文，两年后美国科学家
13、梅曼研制成功了世界第一台固体激光器，它的激励系统是一支能突然爆发出强光的螺旋型闪光管，激光物质就是放于闪光管中的红宝石棒。红宝石经过闪光管照射后发出激光，然后通过光学谐振腔的加强和调节后，便射出一束强有力的光。我国在 1961 年研制成功了第一台红宝石激光器，1964 年用激光演示传送电视图像，同年也实现了 330km 的通话，这标志着我国在无线激光领域的开端。1964 年，我国开始进行高能钕玻璃激光系统研究，1965 年开始研究的高功率激光系统和核聚变研究，由于技术上的综合性和高难度，所以致使激光技术在各个方面早中国的发展。从 1960 年第一台激光器出现以来，我们获得了大量的激光谱线已经达
14、到数万条，分布于远红外至紫外的整个光频区激光的用途很广泛,不同的地方对激光的频率要求也是不相同的，我们为了满足的需要，选择合适的光区。对于激光通信而言，要求激光具有一定的相干性和单色性，频率可调，能够连续工作，有较大的功率输出，有良好的传输特性和工作稳定性，以及有较长的工作寿命。而在现实中我们还要考虑它的经济代价，最常用的是半导体激光器，半导体激光器不但谱线窄、体积小、价格便宜，而且可以在常温下连续工作，所以它是激光通信的很好媒介。五、激光通信中的关键技术激光通信中包含许多技术，其中关键技术问题主要有两个方面:一是远距离激光信号的发射与接收，通常需要遍布全球甚至是宇宙；二是激光技术的捕获和跟踪
15、技术。当通信距离比较远时，其它的光会对其通信产生很大干扰，增加信号接收难度。激光通信通信的关键技术主要也在于此。在空间光通信系统中大多数可以使用半导体激光器或半导体固体激光器作为光源，它的工作波长接近红外波段的连续光或脉冲光，以便在大量其它广德干扰下快速准确的捕获和跟踪目标。信号光标则选择输出功率为几十赫兹或几千赫兹，以克服干扰光。信号光源却不同，需要输出功率微微几十毫瓦的半导体激光器，据报道，贝尔实验室已经研制出调频高达 10GHz 的光源。高灵敏度干扰的光信号接收技术。在空间通信系统中，光接收器接收到的信号时很微弱的，再加上其他的光的干扰就会使信号失真。所以为了快速精确地捕获和接收信号，通
16、常有两个办法：一是提高接受气的灵敏度；其次是对接收到的信号进行处理，使之变得容易接收，滤波器就是这样的一个技术。快速、精确地捕获、跟踪和瞄准技术。这是保证实现远距离通信的必要核心技术。APT 系统通常有两个部分组成：一个是捕获系统即在较大范围内捕获目标，通常采用阵列 CCD 来实现，并与滤波器一同完成目标的捕获；二是跟踪系统，他是在不活的基础上进行瞄准和实时跟踪，通常采用四象限红外探测器的高灵敏度位置传感器来实现的。光通信是一门既古老又年轻的学科。古老是因为早在古代就有利用光传递信息的记录。我国在周朝，就曾经利用“烽燧”来传递敌人入侵的信息，距今已经 3000 年。航行中利用旗语和灯光传递信息也有几百年的历史了。贝尔在 1876 年就利用光来通话，1880 年，他利用大阳光为光源，大气为传输媒介，用硒晶体为光接收器件，成功的进行了光电话的实验，通话距离最远达到 213 米。在 1881 年，贝尔做了一篇题为关于利用光线进行声音的产生和复制的论文，报道了他的光电话装置。1880 年，贝尔的光
