 国外已完成和正在进行研究的几个激光通信系统的性能参数概况如表2所示。 取得空间实验成功的SILEX系统是欧洲宇航局研制的,包括两个飞行器的空间光通信终端,其中高轨道(GEO)空间光通信终端载于欧洲航天局的ARTEMIS同步卫星上,低轨道(LEO)空间光通信终端载于法国的地球观测卫星Spot-4上。该系统于2001年11月21日顺利建立了光通信链路,完成50Mbps的光通信试验。 取得空间实验成功的另一个系统是日本邮政省通信实验室(CRL)研制的LCE系统,于1995年取得了星地激光链接的成功。 随着空间激光通信涉及的关键技术的解决,空间激光通信技术与系统的日趋完善,系统实验已经全面进入星载实验阶段,空间激光通信应用范围越来越大,卫星工程技术研究也进一步深化。目前,空间激光通信的主要发展趋势是: 1、原理性实验系统向建立工程实用的系统转化; 2、展更高传输速率系统; 3、向小型化及轻量化发展; 4、实现星间组网。 国外卫星激光通信系统 具体关键技术最新进展 激光通信系统构成大致可分为以下几个部分,激光器、探测器、高速调制和解调、高速电系统单元、高精度的APT组成、高质量的光系统和天线、高稳定的机械结构等。下面对激光器技术、APT技术、调制与接收技术、振动抑制技术目前发展情况予以简单的介绍。 1、激光器技术 用于建立激光链路的光源,一直是激光通信的关键技术之一,由于受到光传输介质及探测器的影响,对激光波长的研究主要集中在800nm、1000nm及1550nm三个波段,除去激光通信第一代气体激光器,其后用于星上的激光器研究主要集中在与以上三种波长对应的半导体激光器、固体激光器和光纤激光器。 (1)半导体激光器 半导体激光器是以半导体材料作为激光工作物质的激光器。它的优点在于超小的外形体积、极高的转换效率、结构简单等。在已进行的星间、星-地试验中几乎都采用半导体激光器。但半导体激光器相比较与别的激光器,缺点是发射光功率较小、波长稳定性差、线宽较宽、调制速度较低。相对于别的缺点,发射功率是它最大的缺点,SILEX系统中,信标光使用了19只半导体激光器,STRV-2系统不管是信标还是信号都使用了多只激光器。多只激光器复合会带来别的问题。针对于发射功率限制,一种被称为主控振荡功率放大(MOPA)的半导体器件被采用。根据所公布资料中MOPA的参数可以看出,半导体激光器功率小的问题已获得初步解决,只要MOPA的功率环境能满足空间环境的要求,半导体激光器会被更广泛的应用于星间和星地激光链接。 (2)固体激光器 固体激光器因其体积大、转换效率低并未被星上应用看好,但随着探测灵敏度对调制方式选择,固体激光器波长稳定性好、发射功率可以做得很大的优点受到重视。特别是Nd:YAG固体激光器,比较适合空间应用。 Nd:YAG激光器优异的性能使其可采用各种调制方式,虽然1064nm的波长落在APD的高增益区外,但基于PSK调制、直接采用光零差解调的检测方式,可使探测器灵敏度大幅提高,几乎等于量子极限∽9光子/比特。据资料报道,Nd:YAG激光器的在保证性能的情况下,已通过各种空间环境试验,满足空间飞行条件。 长期以来,Nd:YAG激光器的电光转换效率是它的一个突出缺点,现在这一情况已经部分得到改善,通过采用性能比较好的半导体激光二极管作为泵浦光源,可以提高Nd:YAG激光器的电光转换效率,使其达到较高的程度。 (3)光纤激光器 光纤通信技术到目前为止,已经是一项非常成熟的技术,不管是体积、转换效率、光束质量、发射功率、谱线宽度、波长稳定性还是调制速率,都可以通过对陆上已有的器件经过比较简单的技术加工而使其满足星上应用。在接收端已经存在的低噪前置光纤放大器,也可以满足接收端对灵敏度的要求。 目前光纤激光器用于星上最大的问题是空间光到光纤的耦合问题。耦合问题包括耦合效率问题和耦合头的污染问题。目前已有1550nm的星间激光通信系统正在研究,如果耦合效率问题和耦合头的污染问题能很好的得到解决,光纤激光器及光纤前置放大器能满足空间环境要求,采用1550nm的光纤无线高速星间、星地通信系统的链路建立应该没有多大问题。 |
|
|
