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超快激光器通信行业高速发展, 即将进入黄金发展期
发布时间:2022-06-13 15:30
激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。激光是一种新型光源,具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征。按传输媒质的不同,可分为大气激光通信和光纤通信。大气激光通信是利用大气作为传输媒质的激光通信。光纤通信是利用光纤传输光信号的通信方式。


激光通信系统组成设备包括发送和接收两个部分。发送部分主要有激光器、光调制器和光学发射天线。接收部分主要包括光学接收天线、光学滤波器、光探测器。要传送的信息送到与激光器相连的光调制器中,光调制器将信息调制在激光上,通过光学发射天线发送出去。在接收端,光学接收天线将激光信号接收下来,送至光探测器,光探测器将激光信号变为电信号,经放大、解调后变为原来的信息。

北京时间6月3日早间消息,据报道,索尼宣布,已成立一家“太空设备”新公司,致力于制造和供应一些设备,使轨道上的小型卫星能够通过激光束相互通信。这家公司名为“索尼空间通信公司”(Sony Space Communications Corp),于周三注册,旨在利用激光技术来避免无线电技术的瓶颈。索尼称,这些设备将在太空卫星和“与地面站通信的卫星”之间工作。


索尼并未说明其太空设备何时商用、是否已有客户排队,或者到目前为止已经在这项技术上投入了多少资金。当前,大约有12000颗卫星在轨。随着发射成本的降低,预计这一数字在未来几年将迅速增加。如今,SpaceX和亚马逊等公司正在建立庞大的近地卫星网络,以便将互联网通信传输到全球各地。

索尼空间通信公司社长Kyohei Iwamoto在一份声明中称:“轨道上使用的数据量也在逐年增加,但可用的无线电波数量却有限。”据悉,SpaceX公司已经自己制造了激光通信设备,并于去年年底首次在其“星链”(Starlink)卫星上使用。索尼还表示,其激光通信技术的测试于2020年取得成功。当时,索尼通过激光将高清图像数据从国际空间站(ISS)传输到日本的一个地面站。

五角大楼计划中的网状通信卫星网络中的每一颗卫星都可以有多达四条激光链路,这样它们就可以与其他卫星、飞机、船只和地面站进行通信。卫星间的光学链路对于美国军方的近地轨道星座的成功至关重要,该星座将用于多星球间的数据通信。激光可以提供比传统射频通信更高的传输数据速率,但也要昂贵得多。

美国军方最近为126颗星座计划授予了近18亿美元的合同,美国的公司将分别制造这些卫星,这些公司开发了一种用于点对多点传输的一对多光通信技术,这项技术可以大幅度减少终端的需求,从而有助于降低建造星座的成本。

美国军方前几天还授予美国两家公司一份价值170万美元的小型企业创新研究合同,这两家公司需要在未来两年内展示该技术。美国的一家公司在1月份赢得了美国空军SBIR的另一份合同,该合同旨在开发一种光学终端,将卫星与军用战斗机连接起来。其实在2019年与波音公司合作的一个项目中就首次展示了点对多点光通信,此后该技术不断成熟。

一对多连接由一种称为托管光通信阵列(简称MOCA)的设备实现,它的独特之处在于它非常模块化,MOCA托管光通信阵列可以使光学卫星间链路与多个其他卫星通信。在传统的激光通信中,一切都是点对点的,是一对一的关系。有了MOCA,一条卫星间光链路可以与40颗不同的卫星通话。这个技术不只是建造卫星星座成本降低这一个好处,如果节点的成本降低,就有机会实现不同的网络体系结构,从而实现不同的服务级别。

前段时间,我国的北斗卫星进行了激光通信实验,成功将信号以激光的形式传输到地面接收站,这对于未来卫星网络之间的高速通信具有非凡意义,使用激光通信可以让卫星每秒传输几千兆的数据,我们日常生活中下载速度每秒也就几兆到十几兆,而激光通信一旦实现,下载速度可以达到一秒几个GB,未来甚至能向TB级发展。

目前,我国的北斗导航系统已经与全球137个国家签署了合作协议,在世界范围内具有一定的影响力,并且未来还将不断进行拓展,我国的北斗导航系统虽然是第三套成熟的卫星导航系统,但拥有数量最多的卫星,甚至超过了GPS系统的卫星数量,目前北斗导航系统无论是在军用领域还是民用领域都发挥着重要作用,若能实现激光通信将为世界带来福音。

在激光技术的应用方面,虽然我国处于领先地位,但激光通信的实现并不容易,因为激光通信本质是光学结构,所以容易受到复杂地形以及天气的干扰,但此次实验的科研人员表示,目前北斗卫星上测试的激光通信已经可以在大型城市以及具有挑战性的环境中实现稳定传输,可见这个问题已经被我国克服。

激光通信技术其实早在上世纪60年代就有国家开始研究了,但一直无法克服受大气影响这个问题,当激光穿过大气层时,气流波动造成地面接收站收到的光信号减弱,甚至无法读取,但这一问题被我国解决了,我国科研人员研发出一种可以通过电荷改变形状的望远镜镜面,减少大气流动带来的影响,使得光信号可以正常接收。

值得一提的是,在激光通信领域我国比西方起步晚了几十年,但如今却被我国反超,其实我国早就使用了激光通信技术,比如量子卫星“墨子号”以及 “实践号”卫星都使用了激光通信,传输速度更是创下了纪录,而且我国科研人员表示未来还要将地面接收站小型化,装在车里实现移动部署,一旦成功将彻底改变卫星通信,造福全世界。

激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。激光频率范围宽广、可调谐性强、单色性好、强度高、方向性好、相干性好、发散角度小、能量集中等众多优点,因此激光通信具有通信容量大、保密性强、结构轻便等优点。


欧美日等发达国家和地区激光通信行业研究起步较早,产品研发及生产技术水平处于全球领先地位,对激光通信的应用开发也较为深入,是全球激光通信主要的生产及需求区域,我国激光通信行业起步较晚,时间发展较短,但近几年国内激光通信行业发展较快,已有少量企业实现商业化生产。

《2022年全球及中国激光通信产业深度研究报告》显示,随着全球激光通信技术水平的不断提升,其应用领域得到不断拓展,全球市场应用规模不断增加,2021年,全球激光通信市场规模增速超过30%,而中国激光通信市场规模增速更是超过50%。

从下游应用领域来看,由于激光通信技术还不够成熟或应用成本还非常高,目前激光通信在民事领域的应用较少,主要应用在军事方面,许多国家均在发展军事方面的激光光纤通信系统,比如由美国军领域研制应用于海军的“小石城”和ALFOT以及陆军的MXC3计划等。

从市场供需情况来看,北美、欧洲及日本地区是全球主要的激光通信供应市场,同时也是全球主要的激光通信需求市场,占据全球大部分的市场份额。中国激光通信行业虽然起步晚,但发展迅速,近几年国内激光通信供应能力及需求市场均保持持续快速增长,为全球激光通信市场进一步发展持续注入新的动力。

从政策方面来看,美国、欧洲、日本等均在激光通信技术领域投入巨资进行相关技术研究和在轨试验,对激光通信所涉及的各项关键技术展开了全面深入地研究,不断推动激光通信相关技术迈向工程实用化。中国近几年也逐步加大对激光通信行业的政策倾斜,不断推进激光通信技术产业化等政策措施,促使我国激光通信行业不断创新发展。

从市场竞争来看,全球激光通信市场集中度较高,生产企业主要集中于欧美日等发达国家及地区,这些地区激光通信行业起步较早,技术研发实力强,产品性能优异,并已形成较强的品牌化效应。全球领先的代表性企业有Tesat-Spacecom、HENSOLDT、AIRBUS、Astrobotic Technology、Optical Physics Company、Laser Light Communications等。

从发展前景来看,全球激光通信行业生产技术水平将不断提升,应用领域将更加广泛,尤其是中国激光通信行业在国家政策的支持下将迎来黄金发展期,中国激光通信行业无论是从技术层面、产品层面还是从应用层面都将实现质的飞跃,中国将成为全球主要的激光通信需求市场之一,行业发展前景极好。

来源:21ic 电子网


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