激光与通信

我 国在商代就筑起了烽火台。外敌入侵时，立即点燃烽火报警，这实际上就是以光的形式来传递军事信息的。但是光在空气中传播的距离短，因此远距离传递信息时要 加上许多中继站，闻名于世的万里长城上的许多烽火台就是起这个作用。然而，用众多的中继站远距离传递信息容易发生差错，即使没有高山峻岭阻隔、空中的云 雾、战场上的硝烟，也都可能阻断这种光通信。

17世 纪望远镜的发明和运用，使观察距离增大，扩大了光在空中传递信息的范围，但这并不能满足近代战争的需要。随着电的发明和电子技术的广泛应用、无线电通信和 微波通信的实现，使战争中信息的传递手段不断得到发展完善。但是自从激光技术出现之后。激光通信更使现代通信技术锦上添花。

从物理学的观点来看，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”。

从物理机制来看，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）。

目 前在军事领域使用较为广泛的是大气激光通信。大气激光通信的保密性能好。有线电通信的话音电流沿着金属导线流动，虽然保密性能较好，但随着窃听技术的发 展，使泄密的可能依然存在。而且有线电通信传递信息容量较小。无线电通信虽不需架设电线，但电磁波横冲直闯、无孔不入，有可能被截获和窃听，而且易受电磁 干扰。尤其在使用原子武器条件下通信时常中断，不甚可靠。而大气激光通信不怕侦听、干扰，也不怕原子弹。由于激光频率极高、光束极细、方向性好，对方只有 在光斑范围内才能接收到信号，因而难以截获和干扰；至于天空中电离层的变幻和骚动，对激光通信影响甚微。原子弹爆炸所产生的强电磁脉冲频率低于激光频率， 对激光无干扰能力。原子弹爆炸所产生的强烈光辐射属于非相干光，虽然能量大，但由于四面八方发射，能量不集中，即使钻进激光接收机，其强度也微乎其微。大 气激光通信的设备结构简单，激光通信系统的天线是光学望远镜。与功能类似的微波天线相比，激光天线的直径只有几十厘米、重量仅几公斤；而微波天线的直径达几十米、重达几十吨甚至上百吨。所以大气激光通信系统的设备结构轻便、价格低廉。例如，为了适应边防和海防保密通信的需要，现在生产了一种便于携带的小巧玲珑的双桶望远镜式的半导体激光通信机，只有8倍 望远镜大小。战士平时巡逻、值勤带着它，既轻巧又保密。晴天在几十公里范围内能随时向哨所报告情况，即使在敌人阵地附近通信也用不着担心走漏风声。又如固 定式的二氧化碳激光通信机，在两个岛屿之间、在往返如梭的船舶上空，都可以自由通信联络。这些固定式的、携带式的、头盔式的激光通信机，有的重几十公斤， 也有的只有几公斤重，甚至不到半公斤重。

目前用于大气激光通信的有半导体砷化镓单路激光通信机，有二氧化碳激光通信机、氦氖气体大容量激光通信机等，其中二氧化碳多路激光通信机可以用于卫星对舰船、卫星与卫星、卫星与飞船之间的宇宙通信。

由于激光在接近真空的空间环境中传播时几乎不衰减，采用小功率激光器就能进行远距离通信，所以宇宙激光通信系统可以做到体积小、重量轻。

过去水下通信一直是采用甚低频电磁波通信方法。这就要求架设几百米甚至几千米高的天线，以致有时不得不用气球来实现。而且甚低频电磁波穿透海水的能力只有30米，超过30米深度处便很难通行。经长期研究，人们发现波长为0.46—0.53微米的蓝绿激光能穿透几百到几千米深的海水，这就为深海通信开辟了一条激光通道。水下激光通信越来越受到军事科学家们的重视。

潜 艇在深水中一次能够停留几个月，工作时尽可能保持平静，这是保存自己的重要手段。但是，潜艇在水下黑暗王国中活动，不可能长时间地同外界隔绝，在紧要关头 还需要浮到水面上来接收和传递信息。如果采用通常的无线电通信手段，被敌方发现的可能性就很大。因此，很需要一种隐蔽的通信手段，它既能使潜艇在深水中同 外界保持通信联系，又不容易被敌方发觉跟踪。水下激光通信就是最理想的通信手段之一。1981年，美国在圣地亚哥附近海域上空12000米的高度上与水下300多米深处的潜艇成功地进行了蓝绿激光通信试验。

激 光通信的美中不足之处是激光在大气中传输时，受云、雾、雨、雪、尘埃的影响，产生散射和吸收损耗，衰减严重，所以通信距离短，不能全天候使用，而且激光光 束过于狭窄，通信双方不易很快对准；激光光束只能直线传播，不能绕过障碍物，通信范围受到一定限制。因此，激光通信常与现代常规通信结合使用。