激光大气传输相干长度实验研究
激光大气传输仿真系统的设计
<> 全部作者： 白林董健业 第1作者单位： 北京邮电大学电子工程学院 论文摘要： 本文讨论了激光大气传输的理论模型，然后给出了仿真系统设计方案。理论模型主要基于布格定律以及散射理论，仿真系统主要分为3个模块即用于参数设定的界面，仿真计算，仿真绘图。 关键词： 激光大气传输仿真系统(浏览全文) 发表日期： 2008年03月17日 同行评议： 该文给出了1个考虑散射和温度场梯度等激光大气传输系统仿真设计的框架，对光束在大气中传输仿真有1定的参考价值，但没有具体的仿真实例，另外对大气随机扰动（如热场扰动）如何进行修改?建议补充1个具体实例加已说明验证。 综合评价： 修改稿： 注：同行评议是由特聘的同行专家给出的评审意见，综合评价是综合专家对论文各要素的评议得出的数值，以1至5颗星显示。 <> 1.绪论
1.1研究背景 网络被认为是互联网发展的第三阶段。网络的设计和实施能够带来切身实际的利益，城域网、企业网、局域网、家庭网和个人网络都是网络发展的体现。网络发明的初衷并不仅仅是表现在它的规模上，而是互联互通，资源共享，消除资源访问的壁垒，让生活更加方便、快捷、高效。随着网络技术的发展，网络在应用方面也体现出了很大的潜力，能够共享和调度成千上万的计算设备协同并发工作，能汇聚数百万计的信息资源加以归类、分析和发布，还可以让世界每一个角落的人们实时沟通交流。在现代高速发展的社会里，企业与企业之间的联系日益密切，大量的、复杂的信息交流显得由为重要。随着电子科技的高速发展，那些如何复杂大量的信息，通过网络技术帮助下，就可以轻而易举的从某一地方传送到另一地方，而且简单、快速、准确，给人们带来了很大的方便。而在现代企业中，网络技术在管理中的应用，已显得举足轻重。随着企业信息化进程的进一步深入和发展，计算机在企业中的应用越来越广泛，而企业对计算机的依赖越来越强。随着网络应用的日益丰富以及人们在日常生活中对网络依赖的日渐紧密，那么对于网络吞吐量，网络延时，网络链路的稳定性以及网络服务的多样性就会产生新的要求，同时也希望网络应用的花销能更加低廉，这样针对电信网络运营商所提供的服务将会产生巨大的挑战，本实时通信系统的成功应用将会给运营商们提供更加方便，快捷，稳定，并且低廉的网络运营成本，本实时通信系统帮助企业实现巨大的商业价值的同时也为用户带来的更加高效，快速，稳定并且廉价的网络服务资源。 1.2 选题理论 更多文章 https://www.wendangku.net/doc/bf6093495.html,/ mxdwk <>
大气激光通信系统的研究教材
大气激光通信系统的研究 摘要：激光信息在大气中传输是目前大气光学领域最为活跃的研究热点之一。 由于激光本身所具有的高强度、高相干性、高单色性和高方向性等特性，从而有容量大、波束窄、速度快、保密性好和抗干扰性强等优点，因此激光成为无线光通信中最理想的载体。 本文概述了大气激光通信的基本原理及发展状况，介绍了其特点和用途。并以一种新型的具有以太网接口，能实现计算机间通信的大气激光通信系统（既可传输语音又可传输数据）为例，结合实验研究对发射端机和接收端机两大部分进行了阐述。 并针对大气无线激光通信系统，本文深入地研究了大气湍流信道中随机光 强信号的检测方法，对激光束在大气湍流信道中的传输进行了仿真和建模，并对实际的大气湍流信道进行了测量。 关键词：大气激光通信光发射端机光接收端机损耗特性激光器 一．激光通信的概述 1960年激光的出现极大地促进了许多学科的发展，其中也包括通信领域激光以其良好的方向性、相干性及高亮度性等特点成为光通信的理想光源。将激光应用于通信，掀开了现代光通信史上崭新的一页，成为当今信息传递的主力军。 激光通信是以激光光束作为信息载体的一种通信方式，和传统的电通信一样，它可分为有线激光通信和无线激光通信两种形式。其中，有线激光通信就是近年来发展迅猛的光纤通信。无线激光通信也可称为自由空间激光通信，它直接利用激光在大气或太空中进行信号传递，可进行语音、数据、电视、多媒体图像等信号的高速双向传递。这是目前国际上的一大研究热点，世界上各主要技术强国正投入大量的人力物力来抢占这一领域的技术优势。根据使用情况，无线激光通信可分为:点对点、点对多点、环形或网络状通信。在本文中，我们主要研究的是点对点的通信。此外，根据传输信道的不同，无线激光通信又可分为:大气激光通信、星际(深空)激光通信和水下激光通信川。 大气激光通信是自由空间激光通信的一个分支，它以近地面大气作为传输媒介，是激光出现后最先研制的一种通信方式。大气激光通信系统主要由光源、调制器、光发射机、光接收机及附加的电信发送和接收设备等组成，只要相互进行瞄准即可进行通信。根据所用光源的不同，大气激光通信系统大致可分为半导体激光通信系统、气体激光通信系统和固体激光通信系统。半导体激光器体积小，重量轻，灵活方便，但光束发散角稍大，适合于近地面的短距离通信。气体激光通信系统的体积和重量都较大，但其通信容量也大，光束发散角较小，适合于卫星间的通信和定点之间的大容量通信。因此，在实践中，根据通信系统在不同应用场合中的要求，合理选取光源。 大气激光通信系统的主要应用和优点
激光通信的应用
激光通信的应用 1． 激光的定义：由受激发射的光放大产生的辐射。 2． 激光通信： 定义1：利用激光进行信息传递的通信。 定义2：利用激光传输信息的通信方式。按传输媒介的不同，可分为大气激光通信和光纤通信。 3． 激光通信的原理： 无线激光通信设备的激光通信终端每一侧分别包括专用望远物镜(Telescope)、激光收发器部分、线路接口、电源、机械支架，部分厂商的设备还包括伺服、监控、远程管理等部分。 激光是一种光波，也具有电磁波的性质。然而。激光与一般的无线电波又有明显的不同，激光的频率为几亿兆周，是微波（超高频电磁波）频率的10万倍以上。由波长 与波速C及频率 的关系式 可知，激光的波长非常短，所以其波动性远比无线电波差。相反，激光却具有奇特的粒 子性，因而使它在军事通信中成为引人注目的“后起之秀”。 激光通信与无线电通信基本相似，在发送端用激光器发出的激光作为载波。话音信号通过发话器变为电信号送入调制器，调制器控制载波的某个参数（频率、振幅或相位）使其按话音的变化把话音信号寄载在激光光波上，通过发射望远镜(也称发射天线）发送出去在媒质中传播。在接收端，接收望远镜（也称接收天线）将激光信号按发送端的逆方向转化为话音信号。 根据传输媒质的不同，激光通信可分为宇宙通信（激光在大气层以外的宇宙空间传播）、大气通信（激光在大气层以内传播）、水下通信（激光在水下传播）以及光纤通信（激光在光导纤维内传播）。四．激光通信的优缺点： 相比于微波通信等其他几种接入方式，无线激光通信主要优势包括： 1．无须授权执照 无线激光通信工作频段在365～326 THz（目前提供无线激光通信设备的厂商使用的光波长范围多在820nm～920nm），设备间无射频信号干扰，所以无需申请频率使用许可证。 2．安全保密 激光的直线定向传播方式使它的发射光束窄，方向性好, 激光光束的发散角通常都在毫弧度，甚至微弧度量级，因此具有数据传递的保密性，除非其通信链路被截断，否则数据不易外泄。
湍流的统计特性及对激光大气传输的影响
第4章湍流的统计特性及对激光大气传输的影响分析 激光大气传输湍流效应本质上就是光在湍流大气中的传播问题。20世纪50年代前苏联学者Tatarskii引入Kolmogorov和Obukhov发展的湍流统计理论，求解湍流大气中波传播方程，取得的一些理论结果相当好地解释了在此以前所取得的实验结果，从而奠定的光波在湍流大气中传播的理论基础。然而，由于激光在湍流大气中的传播是一个十分复杂的随即非线性过程，特别是大气湍流存在的间歇性，对激光传输有着难以估计的影响。 4.1大气湍流的成因 在大气中，任一点的大气运动速度的方向和大小无时无刻不发生着不规则变化，产生了各个大气分子团相对于大气整体平均运动的不规则运动，这种现象称为大气湍流。通常情况下大气都处于湍流状态，大气的随机运动产生了大气湍流，由于大气湍流的存在，大气温度和折射率也时刻发生着不规则的变化。形成大气湍流的原因大致有四点。第一，太阳的照射造成的大气温度差，太阳辐射对地表不同地区造成加热不同;第二，地球表面对气流拉伸移位导致了风速剪切;第三，地表热辐射产生了热对流;第四，伴随着热量释放的相变过程(沉积、结晶)导致了温度和速度场变化。图4.1形象的表述了湍流的形成。
上图是英国的物理学家形chardson描绘的湍流的一个级串模型，虽然湍流的运动很复杂，但通过上图仍能对湍流有一个形象的认识。上图表示湍流含有尺度不同的湍涡，而各种能量从大尺度湍涡一步一步向小尺度湍涡传递。外界的能量传递给第一级大湍涡，由于受风剪切等因素的影响，大湍涡逐渐变得不稳定形成次级小湍涡，小湍涡再次失稳后再形成更次一级的许多小湍涡。从图中可以看出，湍涡的大小有限，最大的湍涡的尺寸大小是外尺度 L，最小的湍涡是内尺度0l。 尤其重要的是，这些大大小小的湍涡没有分散存在于大气中，而是交叉重叠的存在于大气中。 4.2 Kolmogorov-Oboukhov湍流统计理论 虽然迄今为止人们对湍流的基本物理机制尚还不十分清楚，但已形成几个公认的基本概念，包括随机性、涡粘性、级串、和标度率。随机性构成了湍流统计理论的基础；涡粘性揭示了湍流相近尺度间的相互作用行为；级串给了我们最直观、最明晰的湍流图像；标度律则成为物理上定量研究湍流问题的数学手段。 在直观的湍流现象中，Richardson首先给出了湍流的级串图：湍流中存在着不同尺度间的逐级能量传递，由大尺度湍涡向小尺度湍涡输送能量。第一级大湍涡的能量来自外界，大湍涡失稳后形成次级的小湍涡，再失稳后产生更次一级的小湍涡。在大雷诺数下，所有可能的运动模式都被激发。 基于Richardson级串模型。Kolmogorov认为在大雷诺数下，这些不同尺度的湍
大气传输对激光后向散射式能见度测试的影响及理论研究
第2卷第6期光学与光电技术V ol. 2, No. 6 收稿日期 2004-08-31；修改稿日期 2004-10-19 作者简介蒋冰莉（1975-），女。硕士研究生。主要从事大气能见度测试仪的研究。E-mail: pop_ice@https://www.wendangku.net/doc/bf6093495.html,
18 光 学 与 光 电 技 术 第2卷 取决于在雾和霾中悬浮水滴的密度分布和尺寸分布，折射率及雾和霾的厚度。当激光通过时，液态球形水滴的吸收光谱是不同的。如果同时考虑吸收和散射两种衰减的作用，那么雾和霾的透射率，在任何适当的路程内都是很小的。 雨对激光传输的影响与雾霾不同，激光在雨中仍有较高的透射率，因为雨滴尺寸比激光波长大许多倍，即发生的是无选择性散射，雨滴对激光的散射与波长无关。激光在雨中的衰减系数没有太明显的规律，常用消光系数表示，且同降雨量有关： α＝0.29+53.2R －（3.20R ）2 (3) 式中：α是消光系数（dB/km ）；R 是降雨速率（mm/h ）。消光系数和降雨量的关系如图1所示。 Rainfall/(mm h ) ·-1/(d B k m ) ·-1E x t i n c t i o n c o e f f i c i e n t 图1 消光系数和降雨量的关系 Fig.1 Relationships between extinction coefficient and rainfall 2.3 大气湍流对激光传输的影响 大气湍流是大气中的大气分子团相对大气整体平均运动的一种不规则的运动。对激光传输的影响是大气分子团折射率的随机变化所致的闪烁效应引起的。在考虑大气湍流对激光传输的影响时，假设激光光束是高斯光束。大气湍流对激光光束的影响程度和效应与激光光束的直径d 和湍流的尺度L 有关。当d<
大气传输模型
第16卷第2期强激光与粒子束Vol.16，No.2 2004年2月HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Feb.，2004 文章编号：1001-4322（2004）02-0149-05 大气辐射传输模型的比较研究* 孙毅义，董浩，毕朝辉，李治平 （烟台大学数学与信息科学系，山东烟台264005） 摘要：讨论了三种通用的大气辐射传输模型的特点和使用限制，用辐射传输定律作了数值检验，并与实验测量资料作了比较。结果表明，氧碘激光和氟化氢泛频20P4激光谱线大气透过率的计算值与实验测量值 吻合，氟化氢泛频20P5却出现严重偏差。还研究了大气气溶胶种类对大气透过率计算和测量的严重影响。 关键词：大气传输模型；大气透过率；激光大气传输；FASCODE；MODTRAN；LOWTRAN； HITRAN 中图分类号：O438；P421 文献标识码：A 光辐射在大气中传输受到大气吸收和散射的影响，使到达接收系统的光辐射能量减弱，同时光辐射也携带了大气本身的信息。根据不同的应用目的，人们将把辐射源的波长选择在“大气窗口”以增加到达接收系统的能量，或选择在特定分子成分的吸收峰附近以测量传输路径上这类分子成分的含量。尽管应用目的不同，它们都需要定量地求得测量时刻的大气透过率和辐射效应，正确地解释观测（遥感）资料。为此，大气传输模型一直为光电测量系统的设计人员和一些与地球大气中辐射传输有关的研究（如环境监测、气候学、气象学、激光传输及红外成像技术）所关注，光辐射大气传输模型的研究和应用越来越受到重视。经过大量大气科学工作者三十多年的努力，已经成功地开发并建立了宽、窄光谱带和逐个光谱线计算的大气辐射传输模型，这些传输模型包括多种观测方式，适用于非常宽的电磁波谱范围及多种可变气象要素。这些实用的大气传输模型对主动或被动型目标辐射传输及背景辐射的计算有着十分重要的应用价值。 本文将简要地介绍目前比较通用的大气辐射传输模型LOWTRAN［1］，MODTRAN［2］和FASCODE［3］的共同特点和主要差异，用辐射传输中常用的Beer定律检验大气辐射传输模型，给出高分辨率大气辐射传输模型对某些具有应用价值的化学激光大气传输的计算结果，并与已发表的实验观测资料相比较。希望通过介绍和结果的比较，使一些非大气传输专业的光电设计工程技术人员能够正确选择和使用大气辐射传输模型，有助于光电系统的设计和仿真，并能正确地定量解释实际大气环境中观测（遥感）到的资料。 1 三种大气辐射传输模型的共同特点和主要差别 LOWTRAN，MODTRAN和FASCODE都是由美国空军地球物理实验室（AFGL）根据不同的应用目的而开发和研制的宽带、窄带和逐线计算的大气辐射传输模型及其相应的应用软件。它们之间相互借鉴，取长补短，具有一组共享的公共模块，在编程时如同拼积木似的互相调用，这样也便于互相比较。 这三个大气辐射传输模型具有如下共同的特点：它们都可以在非常宽的电磁波谱范围（0～50000cm-1，0.2μm～∞）内使用，都涉及了复杂大气条件下多种辐射传输量的计算。在这些计算模型中都包括了1976年美国标准大气作为高度函数的温度、压力、密度以及水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳和一氧化二氮等30种气体混合比的六种参考模型大气，这些大气模型适合气候学选择的范围。同时还可以根据理论计算或实测资料，由用户自行定义模型大气，使这个模型在特定环境下仿真和使用显得特别灵活。此外，在这些传输模型实用程序中包括了具有代表性的大气、气溶胶、云和雨的模型，这些复杂的天气环境使它们具有更广泛的应用。模型还包括了水平、垂直、倾斜向上和向下传输等各种复杂的几何关系，在计算大气倾斜路径及沿着传输路径衰减量时，都考虑了大气折射和地球的曲率。 这些辐射传输模型都利用了HITRAN［4，5］数据库中的基本分子常数，然而，它们采取了各不相同的处置方法把这些常数换算成透过率和辐射度，显然，这些辐射传输模型具有不同的精确性。下面我们将讨论这些模型在应用这个信息时所采取的不同方法。 *收稿日期：2003-05-30；修订日期：2003-08-18 作者简介：孙毅义（1937—），男，研究员，从事大气光学（激光传输）和卫星遥感资料定量化研究；E-mail：ies@https://www.wendangku.net/doc/bf6093495.html,
高平均功率固体激光及其大气传输
强激光与粒子束#$%&!"!’$&()! !第!"卷!增!刊 !*))+年,月-./-0123456(346’70648.953:36;(6<=&!*))+!文章编号!!!))!>,?**"*))+#()>)!??>)+ 高平均功率固体激光及其大气传输" 强希文 "中国人民解放军O?O++部队!新疆马兰@,!"))# !!摘!要!!固体激光器是一种具有重要应用背景的高功率激光器!对包括激光波长$光束发射口径$发射功 率$光束质量等在内的激光器参数的选择进行了分析!研究了大气介质的光学性质$激光大气传输效应以及激 光辐射与靶目标的耦合机制与耦合效率等因素的影响%相关结果表明!))Y2的固体激光器的综合效能可与 *%?倍平均输出功率的7D化学激光器相当!这说明高平均功率固体激光器是一种具有潜在优势和良好发展 前景的高功率激光器% !!关键词!!激光技术&!固体激光&!高功率激光&!激光大气传输 !!中图分类号!!1,?"&8’*,!!!!!文献标识码!!6 !!电驱动的高平均功率固体激光器"((5#与化学激光器相比!由于不使用化学物质!所以没有废气排出!而且不需要特别的保障条件!只需要利用车载发动机即可保证其正常工作&另外!由于它不产生高温及烟雾!同时系统运行时无噪音!仅受车载电源及驱动系统的限制!所以高功率固体激光器具有化学激光器无法比拟的优势%现有的实验已经证实利用热容方式运行的固体激光器!其平均功率可超过!)Y2!而且有望在将来达到!))Y2’!!*(%目前!已经开始了!))Y2热容固体激光器的概念设计!它可以对所感兴趣的靶目标形成显著的破坏!所以!!))Y2已经作为固体激光器系统及其对靶目标形成破坏的功率标准%另外!热容固体激光器具有较高的功率质量比!这在系统的小型化方面具有无可比拟的优势!而且便于机动化% !!选择固体激光器的一个重要问题是其到达目标处的平均功率为多大%由于这不但涉及到激光器系统的性能!包括光束发射功率$光束质量$光束发射口径$激光波长等!而且与其传输的大气介质的光学性质$激光大气传输效应以及激光辐射与靶目标的耦合机制与耦合效率等因素密切相关%所以!需要对以上因素进行综合考虑%本文对影响高平均功率固体激光大气传输的相关参数进行了探讨!并根据国外有关文献!讨论这些参数对!&)O"J的固体激光与?&@"J的7D化学激光大气传输的影响效果% $!激光器系统参数设计 $&$!激光器的波长选择 !!高平均功率固体脉冲激光器是基于在固体晶体中掺入钕"’K#离子和镱"E N#离子!从而激发产生!"J波长的激光!其波长位于电磁波谱的近红外区!与位于中红外的7D激光的波长相差较远!大致是7D激光波长的!),!所以其特征也与7D激光明显不同% !!对于激光系统而言!激光波长与由于衍射而引起的光束发散$大气湍流引起的光束畸变$大气分子和气溶胶粒子的吸收与散射导致的光束能量的衰减以及由此而引起的大气热晕效应等因素密切相关!所以激光波长是激光器系统的一个重要参数% !!由于!"J波长的激光其波长相对较短!所以在减小衍射方面具有明显的优势!另外!在某些情况下!它在减小分子吸收上也同样有明显的优势%由于大气对激光束能量的吸收可导致传输光束形成热晕效应!从而使得激光束形状产生畸变$光束质量下降!影响激光与靶目标耦合效果%虽然大气湍流对!"J波长的固体激光的影响与7D激光相比较大!但是由于目前自适应光学技术的应用!可使得大气湍流对以上两种激光的影响甚小!其差别也不显著% $&%!光学衍射与发射口径 !!由于光波的波动性!发射的激光束均具有由于衍射引起的较小的光束发散角!该发散角正比于波长!另外!光束在焦斑处的最大光强和束散角的平方成反比%基于这个原因!假设光束直径和功率相同!则!"J的固体 "收稿日期!*)),>!!>**&!!修订日期!*))+>)?>!O 基金项目!国家@O?计划项目资助课题 作者简介!强希文"!P O"*#!男!陕西西安人!硕士!副研究员!主要从事激光大气光学等方面的研究&3>J G H%+Q H R L A＿V H G A F!!O?&S$J%
大气激光通信机基本参数测试
大气激光通信机基本参数测试 2011/08/19 【产品介绍】 此红外线传输设备为上海毅得通讯设备有限公司生产的AO-1系列，可以在300m 至4000m 之内保证高质量的宽带数据通信，通信速率为155Mb/s （11/13/14）和622Mb/s(12)，通信端机正面示意图如图1： Pin 探测器 口径 红光指示发射器 图1 通信端机正面示意图 通信端机背面示意图如图2： 尾纤 外置光源尾纤 显示区 PIN 探测器显示区 显示区域 接线区域 望远目镜 图2 通信机背面示意图
图2中， TX：外接光源指示灯，灯亮表示正常 PW：电源接通指示灯，灯亮表示正常 LD1：指示红光指示灯，灯亮表示正常 LD2：内置光源指示灯，灯亮表示正常，内置LD6dBmW（4mW），发散角为0.8mrad。 PIN探测器显示区显示1023为最小，显示0000为最大，155M动态范围为：-4~-30db。 电源红线接地，黄线接负极。 1.通信机信号光源发射端前功率 使用3Sigma功率计及PM3探头，因为通信机光源发射端面处的光斑直径比较小（小于PM3探头面积），且功率小于4mW ，故将光直接打在PM3探头上分别测量信号光源发射功率，测试结果如表1： 表1通信机信号光源发射端前功率 1号通信机相比2号通信机功率略小。 产品说明中提到内置LD的发散角为0.8mrad，在做整体实验前，我们需要对其进行测量。在科技楼12楼楼道内，将通信端机置于楼道一端，因激光器有一定的发散角，（假定激光器束腰在距发射端口较近的距离下，在相距40m的距离处形成一定直径的光场分布（初步估计约约3~4cm）。我们采用3Sigma功率计及OP-2功率探头（直径5mm）对此处光场分布进行测量。）。在试验时，距离发射机端口有近及远测量中，发现在约40m处，OP-2（直径5mm）探头接收到的功率最大，说明激光器的束腰在该位置。要想测得其发散角需要进行远距离测试。 2.1（2）号指示红光与2（1）号接收口径轴线夹角
为什么说激光通信最保密
自上个世纪以来，由于通信技术发展极为迅速，中波、长波、超长波、短波、超短波以及微波通信以惊人的速度向前发展。然而事物的发展总是离不开矛和盾，随着电子通信技术的发展，电子对抗也就随之产生并发展起来了，电子侦察已成为现代作战获取情报的重要手段。无线电通信的电磁波犹如空气一样遍及全球，给敌方的无线电侦听带来了十分便利的条件，很容易泄密，给军事行动造成意想不到的损失。因此世界各国无不在保密方面狠下功夫，制定了各种保密措施防止无线电通信泄密。利用有线电通信的信号电流是沿着金属导线流动的，虽然比无线电通信保密，但也不是万无一失的。因为信号电流在导线周围会产生磁场，根据电磁感应原理：电生磁，磁生电，同样也很容易遭到敌方的窃听造成泄密。无线电波很容易被敌方接收，即使是加密的电波，在现代电子计算机技术充分发展的年代里也很容易被破译，于是人们感到必须改变传统的通信手段，才能适应保密的需要。１９６０年７月，光家族的新秀―――激光问世了，伴随激光的产生，一种新颖奇特的通信―――激光通信也进入了人们的视野。这位现代通信家族中的后起之秀，以其独有的通信容量大、保密性好、抗干扰能力强、通信质量好的特点给通信业的发展带来了明媚的春天，成为现代通信领域中引人入胜的“热门”。激光作为一种光波，虽然和电磁波有所不同，但是它仍属于电磁波家族中的成员，具有电磁波的特性，能在空间以波动的形式传播。但是它和电磁波又有区别，它的频率极高，具有奇特的粒子性。 随着激光技术的发展，激光通信也出现了两种方式：一是“有线”的光纤通信；二是“无线”的大气激光通信。这两种通信方式都具有自己的保密特性。 光纤通信是使光信号在极细的玻璃丝光缆中传播，光缆深埋地下、江、河、海底或敷设在管道中，不易被发现和破坏，尤其是玻璃丝不向外辐射电磁波，不会招惹是非，使截获和侦听无可乘之机。即使碰巧被发现，它也不像金属导线那样容易“旁路”窃听；弄不好纤细的玻璃纤维竟会立即断成几节，散落四处，使侦听的企图落空，可谓“宁碎不泄密”。 大气激光通信中激光传输是一束平行而准直的细线，发散角小、方向性好，不像电磁波那样在空中到处乱窜，不掌握其传播方向是无法接收到它的信号的。即使发现激光通信信号，由于激光通信的频率极高，比微波的频率起码高１０万倍以上，用现代的电子设备无法侦听，难以截获和破译。 因此看来，激光通信具有天然的保密性，它将给军事通信事业开辟崭新而广阔的天地。
浅谈激光大气通信及其军事应用
浅谈激光大气通信及其军事应用 随着社会信息化建设的不断发展，人类对通信的要求越来越高，激光大气通信以其独特的优势而备受重视，尤其在军事通信中更是如此。文章简要回顾了激光大气通信的发展历程，论述了激光大气通信的优点，并由此对其军事应用进行了阐述。 标签：激光大气通信；优点；军事应用 2014年6月6日，美国航天局宣布，该机构利用激光束从距离地面400多千米且高速运行的国际空间站上，将一段高清视频传送回地面。这项演示的成功可能会根本性地改变未来太空通信技术，标志着激光通信进入一个新的发展阶段，更进一步增强人类对激光通信发展前景的信心。 通信是人类进行信息交流的重要手段，随着科学技术的发展，人类已进入信息社会，信息量之大、信息增长速度之快前所未有，军事通信作为现代战争的中枢神经系统，尤其受到各国军方的高度重视，因此改进通信技术手段、提高通信速度、增强通信保密性是通信研究的重要内容。激光大气通信由于其独特的优势而格外受到重视，但其发展历程却不是一帆风顺的。 1 激光大气通信简要发展历程 激光是一种特殊的光，因此提到激光通信，人们很自然地联想到光通信。广义地讲，光通信不仅起源早，且在当今社会也被广泛运用，如古时的烽火台、现代的旗语、交通红绿灯、信号弹等，都是利用光进行信息传递的；但从狭义上理解，这些都是用可见光进行的视觉通信，是非常原始的方式，称不上是完全意义上的光通信；真正意义上光通信指的是运用光作为载体而传送信息的通信方式。光在大气中的传送要受到气象条件的限制，此外，太阳光、灯光等光源，并不适合作为通信光源，因为从通信技术上看，它们都带有“噪声”。 1960年7月，梅曼发明了红宝石激光器，从此人们便可获得频率稳定的光源。激光问世后，人们就产生了将激光应用于通信的想法。美、英、日、前苏联等国家，对激光大气通信进行了深入研究。虽然在80年代中后期，激光大气通信技术研究遇到“瓶颈“，但科学家们始终在坚持不懈地探求解决激光大气通信技术问题，先后攻克激光大气通信多项关键技术难题，使激光大气通信的距离不断提高，如前文所述，2014年6月5日，美国航天局将激光大气通信的距离提高到400多千米，使激光大气通信进入了一个新的发展阶段。 2 激光大气通信的主要优点 人们之所以如此重视对激光大气通信的研究，是因为激光束的高亮度、高频率、良好的单色性和方向性，使激光大气通信系统具有其他通信方式所不具备的独特优势。
激光大气信道
激光大气信道相关总结 1、大气对信道传输的影响 激光在大气中传输主要受到两个方面因素的影响：衰减效应、湍流效应。其中，衰减效应主要影响激光信号的功率，使到达接收端光信号的功率降低，作用方式包括：吸收、散射、折射、反射等。湍流效应主要由大气的不规则随机运动引起，影响光信号的质量，对光信号的相位、强度分布以及光斑的位置等都有较大影响，主要表现形式包括：光束漂移、扩展、闪烁以及到达角起伏等。 1.1衰减效应对激光通信的影响 衰减效应主要由大气分子、气溶胶以及空气中的微小颗粒物产生，包括吸收、散射、反射、折射的等，是大气的固有属性，可采取相应的措施进行有效的规避或补偿。 （1）吸收 作用机理：激光穿过大气时，大气中的分子在光波电场的作用下被极化，并以入射光的频率做受迫振动，使部分辐射的光能转换成气体分子的内能，消耗了光波的能量，形成吸收效应。（经相关研究表明，气溶胶粒子由于直径较大，对光的吸收作用不明显） 作用特点：使激光功率衰减，但不改变光束的质量。 决定因素：分子对光波能量的吸收由分子结构、浓度和吸收光频率所决定，不同的气体分子对不同频率的光吸收的能力不同，具有一定选择性。 衰减规律： Pλ,x=P(λ,0)exp?[?kλx] kλ----吸收系数； x----传输距离； 大气窗口:大气对某些波段光波的吸收较弱，透过率较高，称这些透过率较高的波段为大气窗口。 由于大气是不同分子的复杂混合体，且气体分子的浓度还随着海拔的变化而变化，并考虑散射等因素影响，通过统计分析，地球大气的透过率如下： 图 1-1 不同波长激光在大气信道中传输的透过率
（2）大气散射 散射是光在传播过程中遇到微小粒子，使其传播方向发生改变的现象，是电磁波在大气微粒作用下的衍射效应造成（只有当微粒的直径小于或相当于辐射波长时才会发生明显的作用）。其结果会使光在原传播方向上的能量减小，影响光斑形状和光强分布。常用的散射模型：瑞利散射、米氏散射、无选择性散射。 大气散射的效果主要表现为两个方面：减小在传播方向上的光能量、改变光斑内的强度分布，使光斑内部有明暗之分。 瑞利散射： 产生条件：散射微粒直径远小于波长时产生，也称作气体分子散射（10?8cm量级）。对波长小于40nm的光波作用明显作用比较明显。（大气分子（0.1nm）；可见光（400～760nm）；近红外短波（780~1100nm）；近红外长波（1100~2526nm））主要作用粒子：大气分子。 特点：散射粒子较小，散射光分布较均匀，对波长小于40nm的光波才作用明显比较明显。随着散射分子半径增大，散射增强；随着波长的增大，散射减弱。由此可以推论，可见光比红外光散射强烈，蓝光比红外光散射强烈（形成蓝色天空）。 经验公式： σm=0.827×N×A3/λ4 A——散射元横截面积(cm2) N ——单位体积内分子数(cm?3) λ——光波波长(μm) T——表示热力学温度 图1-2 散射强度与波长的关系 米氏散射： 产生条件：当空气中粒子的直径大于入射光的波长或者和光的波长可以比拟的时产生，粒子对入射光散射后的散射光分布比较复杂且不对称，瑞利散射不再适用。 作用粒子：云、雾、雨、雪等气溶胶粒子以及雾霾等微小粒子。 特点：散射光角度分布较为复杂，并且随着粒子直径的增加，散射光集中的角度也越来越窄。（对光信号的影响也相对更大）