爱华网谈到光通讯，很多人马上想到光纤通讯。然而，从广义上说，以光波为传输媒质的通信方式都是光通讯。常见的光通讯技术有大气激光通信，光纤通信，蓝绿光通信，红外线通信，紫外线通信等，下面小编为大家一一解析。
大气激光通信
大气激光通信其载波光信号通过大气作为传输信道完成点到点或点到多点的信息传输，并采用半导体激光器为光源，所构成的通信系统为无线数字通信系统，主要用于固定点使用，也可用作应急抢通，其潜在的应用领域是在数据网、电话网、微蜂网及微微蜂窝网的入网应急设备及不便敷设电缆及光缆的近距离场合。大气激光通信设备具有无电磁干扰、组网机动灵活、安装维护方便、通信可靠性高、保密性好、性能价格比优等优点，可传输多种速率的数据、话音、图像，具有广阔的应用前景。随着技术的不断完善和新器件的不断出现，大气激光通信技术已成为当今信息技术的一大热门技术，其作用和地位已能和光纤通信、微波通信相提并论，是构筑未来世界范围通信网必不可少的一种技术。本文主要论述大气激光通信的基本原理、关键技术及其发展现状和应用领域。
大气激光通信技术即无纤光通信技术，是近年来出现的一种新兴技术。
激光通信的研究现状与发展趋势
虽然大气的吸收、色散使得利用激光在地面上通信具有某种界限，但是目前已利用气体激光器制造出能在良好气候的晚上传输信息达几十公里的设备。美国建立了一条24km 的24路双音频激光电话线路，采用 40 mW 连续波He－Ne器件，磷酸二氢钾晶体脉位调制，作用距离达 5km。前苏联建成的两条试验线路，一条通信距离25 km ，带宽为 100MHz，可同时进行4 路通路；另一路通信距离为11km，224 路可同时通话。
20 世纪90年代后期研制的激光通信系统功能强、技术复杂、自动化程度高。如美国研制的激光通信系统，备有全球卫星定位系统（GPS）、电子指南针、倾斜校准仪，可自动高速扫描接收定位，把定位信号用光束传给通信机，很快进行通信。还可以实现激光通信与无线电通信互相转换，即在大雨、大雾的天气可用无线电通信，其它时间则用激光通信。美国研制的激光通信系统还采用铯原子线路滤波器，可将光谱带宽限制在0．01nm （传统滤波器3．5n m），视野增大到60°（传统的狭窄），功率仅为5 W，传输性能得到较大提高。美国航天局（NASA）正在研制 800～850nm半导体激光器地面和空间之间的通信技术，在2002年进行容量为2．5 Gbit／s的地面到卫星的通信实验。由此可见，各国对激光大气通信的研制工作不断深入，大气激光通信技术势必将有较大的提高和发展，尤其是在电磁频谱复杂、电子干扰日益严重的环境中，光通信显得尤为重要。因此研究和发展激光通信，加大通信距离，实现全天候移动通信，是电子对抗和通信对抗的需要，也是未来发展的趋势之一。激光大气通信要在原有技术的基础上，应重点发展以下几个方面：
（1）开展大气激光通信相关技术的研究；
（2）研制大功率、高灵敏度、远距离的激光通信系统；
（3）研制目标成像定位跟踪的移动光通信系统；
（4）建立实现多中继、多方向的面传输通信网；
（5）建立大气－空间一体化的远程通信网。
大气激光通信的军事应用
自从人类有了军队，就开始有军事的产生。并且随着社会发展，而逐步形成了一套比较完善的体系。
军事科技的迅猛发展要求人们寻找和发展更高频率、更大容量、能快速架设、隐蔽性更好的信息载体，以适应密集技术条件下局部战争的要求。激光通信技术由于其单色性好、方向性强、光功率集中、难以窃听、成本低、安装快等特点，而引起各国的高度重视。
1989年，美国成功地研制出一种短距离、隐蔽式的大气激光通信系统；1990年，又实验成功适用于特种战争和低强度战争需要的紫外光波通信；90年代初，俄罗斯随着其大功率半导体激光器件的研制成功，也开始了激光大气通信系统技术的实用化研究。随后，便推出了新型的半导体激光大气通信系统，并在莫斯科、瓦洛涅什、图拉等城市得以应用。俄罗斯有关专家普遍认为，半导体激光大气通信系统在一定视距内有效地实现全天候通信是完全可能的，很有军事潜力。
大气激光通信为无线通信的一种，它以光信号作为传输信息的载体，在大气中直接传输。由于是无线通信，它可随意移动到任何地点并实现移动沟通，这是它最大的军用价值和优势。就概念而论，大气传输光学线路非常简单，即用发射机将激光束发射到接收机即可。然而，在实际的大气传输中，激光狭窄的光束对准确的接收有很高的要求，因此系统还应包括主动对准装置。在空间传输中，激光系统必须有很强的排除杂光的能力，否则阳光或其他照射光源就会淹没激光束。在实践中，需添加窄通滤光片，可以选择接收激光波长而阻挡其他的波长。
目前而论，激光大气通信系统得以实用化涉及的关键技术，主要有连续波大功率激光器技术；自适应变焦技术；光波窄带滤波技术；光源稳频技术；信号压缩编码技术；光学天线设计制作和安装校准技术等。目前，国外用于大气激光通信的半导体激光器和接收器件已实现了商品化。据报道，近年美国、日本及俄罗斯等国都相继推出了适用于半导体激光大气通信的大功率器件，连续输出光功率可从数十毫瓦到数瓦。
与传统的无线电通信手段相比，激光大气通信具有安装便捷、使用方便等特点，很适合于在特殊地形、地貌及有线通信难以实现和机动性要求较高的场所工作。此外，激光大气通信系统跟其他无线电通信手段相比，还具有不挤占宝贵的无线电频率资源、电磁兼容性好、抗电磁干扰能力强、且不干扰其他传输设备、保密性强等特点，并且在有效通信距离和宽带等方面还蕴藏着巨大的发展潜力。
与光纤通信相比，使用新技术光通信设备还具有建网和维护费用低廉；实际应用中线路建立快捷，特别适合快速抢通；运行安全，不易被窃听；可移动，可升级等优点。因此，激光大气通信可极大地提高光通信系统的通信能力，大大节省光—电—光中继器及光端机，使通信技术产生新的飞跃。
激光大气通信的应用在军事领域更是十分广泛，可以架在高山之间完成边防哨所和森林观察的通信；可以临时架设解决必要的通信及计算机联网或作为移动通信的转接站；可以架设在海岸、江河、岛屿或舰船上实现短距离保密通信；同时，其方便快捷和保密性好的优势，还非常适应战场移动指挥的通信需要。
目前，激光大气通信技术已成为当今世界信息技术的一大热点，专家预言，未来它将是构筑军事通信技术网必不可少的环节，因此其发展趋势与潜力已引起各国高度重视。
点评：通信已经成为我们日常生活的必须，如何更好的、更优质的利用通信技术造福人类，就是我们所追求的目标。激光通信其设备具有无电磁干扰、组网机动灵活、安装维护方便、通信可靠性高、保密性好、性能价格比优等优点，可传输多种速率的数据、话音、图像，因此具有广阔的应用前景，值得我们投入精力去研究。
光纤通信
光纤通信（Fiber-opticcommunication）也作光纤通信，是指一种利用光与光纤（opticalfiber）传递信息的一种方式，属于有线通信的一种。光经过调制（modulation）后便能携带信息。自1980年代起，光纤通信系统对于电信工业产生了革命性的作用，同时也在数字时代里扮演非常重要的角色。光纤通信具有传输容量大、保密性好等许多优点。光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。将需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上，然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息。
根据信号调制方式的不同，光纤通信可以分为数字光纤通信、模拟光纤通信。光纤通信的产业包括了光纤电缆、光器件、光设备、光通信仪表、光通信集成电路等多个领域。
应用
光纤常被电话公司用于传递电话、互联网，或是有线电视的信号，有时候利用一条光纤就可以同时传递上述的所有信号。与传统的铜线相比，光纤的信号衰减（attenuation）与遭受干扰[来源请求]（interference）的情形都改善很多，特别是长距离以及大量传输的使用场合中，光纤的优势更为明显。然而，在城市之间利用光纤的通信基础建设（infrastructure）通常施工难度以及材料成本难以控制，完工后的系统维运复杂度与成本也居高不下。因此，早期光纤通信系统多半应用在长途的通信需求中，这样才能让光纤的优势彻底发挥，并且抑制住不断增加的成本。
从2000年光通信（opticalcommunication）市场崩溃后，光纤通信的成本也不断下探，目前已经和铜缆为骨干的通信系统不相上下[1]。
对于光纤通信产业而言，1990年光放大器（opticalamplifier）正式进入商业市场的应用后，很多超长距离的光纤通信才得以真正实现，例如越洋的海底电缆。到了2002年时，越洋海底电缆的总长已经超过25万公里，每秒能携带的数据量超过2.56Tb，而且根据电信运营商的统计，这些数据从2014年后仍然不断的大幅成长中。
历史
自古以来，人类对于长距离通信的需求就不曾稍减。随着时间的前进，从烽火到电报，再到1940年第一条同轴电缆（coaxialcable）正式服役，这些通信系统的复杂度与精细度也不断的进步。但是这些通信方式各有其极限，使用电气信号传递信息虽然快速，但是传输距离会因为电气信号容易衰减而需要大量的中继器（repeater）；微波（microwave）通信虽然可以使用空气做介质，可是也会受到载波频率（carrierfrequency）的限制。到了二十世纪中叶，人们才了解使用光来传递信息，能带来很多过去所没有的显著好处。
然而，当时并没有同调性高的发光源（coherentlightsource），也没有适合作为传递光信号的介质，也所以光通信一直只是概念。直到1960年代，激光（laser）的发明才解决了第一项难题。 1970年代康宁公司（Corning GlassWorks）发展出高质量低衰减的光纤则是解决了第二项问题，此时信号在光纤中传递的衰减量第一次低于光纤通信之父高锟所提出的每公里衰减20分贝（20dB/km）关卡，证明了光纤作为通信介质的可能性。与此同时使用砷化镓（GaAs）作为材料的半导体激光（semiconductorlaser）也被发明出来，并且凭借着体积小的优势而大量运用于光纤通信系统中。1976年，第一条速率为44.7Mbit/s的光纤通信系统在美国亚特兰大的地下管道中诞生。
经过了五年的研发期，第一个商用的光纤通信系统在1980年问市。这个人类史上第一个光纤通信系统使用波长800纳米（nanometer）的砷化镓激光作为光源，传输的速率（datarate）达到45Mb/s（bits per second），每10公里需要一个中继器增强信号。
第二代的商用光纤通信系统也在1980年代初期就发展出来，使用波长1300纳米的磷砷化镓铟（InGaAsP）激光。早期的光纤通信系统虽然受到色散（dispersion）的问题而影响了信号质量，但是1981年单模光纤（single-modefiber）的发明克服了这个问题。到了1987年时，一个商用光纤通信系统的传输速率已经高达1.7Gb/s，比第一个光纤通信系统的速率快了将近四十倍之谱。同时传输的功率与信号衰减的问题也有显著改善，间隔50公里才需要一个中继器增强信号。1980年代末，EDFA的诞生，堪称光通信历史上的一个里程碑似的事件，它使光纤通信可直接进行光中继，使长距离高速传输成为可能，并促使了DWDM的诞生。
第三代的光纤通信系统改用波长1550纳米的激光做光源，而且信号的衰减已经低至每公里0.2分贝（0.2dB/km）。之前使用磷砷化镓铟激光的光纤通信系统常常遭遇到脉波延散（pulsespreading）问题，而科学家则设计出色散迁移光纤（dispersion-shiftedfiber）来解决这些问题，这种光纤在传递1550纳米的光波时，色散几乎为零，因其可将激光光的光谱限制在单一纵模（longitudinalmode）。这些技术上的突破使得第三代光纤通信系统的传输速率达到2.5Gb/s，而且中继器的间隔可达到100公里远。
第四代光纤通信系统引进了光放大器（opticalamplifier），进一步减少中继器的需求。另外，波分复用（wavelength-division multiplexing,WDM）技术则大幅增加传输速率。这两项技术的发展让光纤通信系统的容量以每六个月增加一倍的方式大幅跃进，到了2001年时已经到达10Tb/s的惊人速率，足足是80年代光纤通信系统的200倍之多。近年来，传输速率已经进一步增加到14Tb/s，每隔160公里才需要一个中继器。
第五代光纤通信系统发展的重心在于扩展波分复用器的波长操作范围。传统的波长范围，也就是一般俗称的“Cband”约是1530纳米至1570纳米之间，新一带的无水光纤（dryfiber）低损耗的波段则延伸到1300纳米至1650纳米间。另外一个发展中的技术是引进光孤子（opticalsoliton）的概念，利用光纤的非线性效应，让脉波能够抵抗色散而维持原本的波形。
1990年至2000年间，光纤通信产业受到互联网泡沫的影响而大幅成长。此外一些新兴的网络应用，如随选视频（video ondemand）使得互联网带宽的成长甚至超过摩尔定律（Moore'sLaw）所预期集成电路芯片中晶体管增加的速率。而自互联网泡沫破灭至2014年为止，光纤通信产业通过企业整并壮大规模，以及委外生产的方式降低成本来延续生命。
现在的发展前沿就是全光网络了，使光通信完全的代替电信号通讯系统，当然，这还有很长的路要走。
点评：虽然光纤网络享有高容量的优势，但是在达成普及化的目标，也就是“光纤到户”（FTTH）以及“最后一公里”的网络布建上仍然有很多困难待克服。然而，随着网络带宽的需求日增，已经有越来越多国家逐渐达成这个目的。
蓝绿光通信
蓝绿光通信是激光通信的一种，采用光波波长为450－570毫微米的蓝绿光束，介于蓝光和绿光之间。由于海水对蓝绿波段的可见光吸收损耗极小，因此蓝绿光通过海水时，不仅穿透能力强，而且方向性极好，是在深海中传输信息的通信重要方式之一，另外还应用于探雷、测深等领域。
特点
一、穿透能力强。
二、耗能极少。
三、双工通信
四、高数据传输率
五、优良的保密性
六、抗干扰性
应用
1.对潜通信
蓝绿光的工作波段是海洋中光传播的窗口, 采用蓝绿光通信, 就可能与全球海洋中活动的潜艇建立起通信通道。这样, 通信时,潜艇完全可以不用浮出水面而在巡航深度或更深的海水中用自身壳体上的接收器抄收报文, 丝毫不影响潜艇的活动, 也不会暴露目标。
2.探潜/ 探水雷
随着潜艇的发展、“寂静”潜艇的出现、消磁技术及无磁性艇壳材料的采用、各种声对抗武器的装备,使潜艇的隐蔽性与机动能力进一步增强，另外水雷战和反水雷战也愈发重要起来。新的水下目标探测手段是利用蓝绿光进行水下目标探测。
3.测深
复杂的声波回声测深技术发展迅速, 但此测量方法不仅不能探测凸起于海床上的礁石或岩石,而且测量精度、测量点密度难以达到目前国际水文测绘的精度要求标准, 满足不了进行符合水文测绘标准的大范围海床水文地理测绘的要求。因此,人们对测量速度更快、精度更高的水文测绘技术的需求, 直接推动了蓝绿光测深技术的发展。实际上,以飞机为平台的机载蓝绿光测深系统不仅单用于测深, 绘制海底地貌图, 还可应用于新的海洋学研究, 如:内波探测、海洋生物变化、污染监视, 也可用于海军陆战队对作战岛礁周围海域地理环境态势测绘。
4.水下传感装置
传感器是水下潜艇、水下机器人的耳目, 要及时发现、准确识别水下威胁目标就必须装备先进的传感装置。利用蓝绿光水下传感装置,可获得比其它水下传感器更高的识别精度和定位能力。
点评：虽然蓝绿光补偿滤波器和蓝绿激光器的制造仍然存在困难但在可见光中蓝-绿光对海水的吸收最小，使之在海洋通讯中占有非常重要的地位，此外蓝绿光在医学上的应用也普遍得到人们的关注。
紫外光通信
紫外光通信基于两个相互关联的物理现象：一是大气层中的臭氧对波长在200nm到280nm之间的紫外光有强烈的吸收作用，这个区域被叫做日盲区，到达地面的日盲区紫外光辐射在海平面附近几乎衰减为零；另一现象是地球表面的日盲区紫外光被大气强烈散射。日盲区的存在，为工作在该波段的紫外光通信系统提供了一个良好的通信背景。紫外光在大气中的散射作用使紫外光的能量传输方向发生改变，这为紫外光通信奠定了通信基础，但吸收作用带来的衰减使紫外光的传输限定在一定的距离内。紫外光通信是基于大气散射和吸收的无线光通信技术。它的基本原理是以日盲区的光谱为载波，在发射端将信息电信号调制加载到该紫外光载波上，已调制的紫外光载波信号利用大气散射作用进行传播，在接收端通过对紫外光束的捕获和跟踪建立起光通信链路，经光电转换和解调处理提取出信息信号。紫外光通信特别适用于复杂环境下近距离抗干扰保密通信。
基本结构
紫外光通信系统一般由发射系统和接收系统组成，其中发射系统将信源产生的原始电信号变换成适合在信道中传输的信号；接收系统从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始信号。
通信方式
紫外光通信系统有两种通信方式：视距通信(LineofSight)和非视距通信。与传统的自由空间光通信一样，紫外光通信可以以视距方式进行通信，遵循“信号强度按指数规律衰减，与距离的平方成反比”的规律。下面重点介绍紫外光特有的非视距通信方式。由于大气分子和悬浮粒子的散射作用，紫外光在传输过程中产生的电磁场使大气中的粒子所带的电荷产生振荡，振荡的电荷产生一个或多个电偶极子，辐射出次级球面波。由于电荷的振荡与原始波同步，所以次级波与原始波具有相同的电磁振荡频率，并与原始波有固定的相位关系，次级球面波的波面分布和振动情况决定散射光的散射方向。因此，散射在大气中紫外光信号与光源保持了相同的信息。
通信军事特点
(1)保密性高。①低分辨率：紫外光是不可见光，肉眼很难发现紫外光源的存在；紫外光通过大气散射向四面八方传播信号，因而很难从散射信号中判断出紫外光源的所在位置。②低窃听率：由于大气分子、悬浮粒子的强吸收作用，紫外光信号的强度按指数规律衰减，这种强度衰减是距离的函数，因此可根据通信距离的要求来调整系统的发射功率，使其在非通信区域的辐射功率减至最小，使敌方难以截获。
(2)环境适应性强。①防自然干扰：由于日盲区的存在，近地面日盲区紫外光噪声很小；另外，大气散射作用使得近地面的紫外光均匀分布，在信号接收端反映为以直流为主的电平信号，可利用滤波的方式去除这些背景信号。②防人为干扰：由于系统的辐射功率可根据通信距离要求减至最小，敌方很难在远距离对本地紫外光通信发射系统进行干扰；其它常规通信干扰对紫外光通信是无效的。
(3)全方位全天候性。①全方位：紫外光的散射特性使紫外光通信系统能以非视距方式传输信号，从而能适应复杂的地形环境，克服了其他自由光通信系统必须工作在视距通信方式的弱点。②全天候：日盲区的太阳紫外辐射强度在近地面十分微弱，无论白天还是夜晚都不会有太大的“噪声”干扰。地理位置、季节更替、气候变化、能见度等因素的影响和太阳辐射一样，都可以看成是一种可忽略的背景“噪声”。
(4)灵活机动，可靠性高。①灵活机动：紫外光通信平台在地面上可采用车载式，空中可采用机载式，海上可采用舰载式，可实现网络移动式通信，克服了传统有线或无线通信需要铺设电缆和基站的缺点，能跟随部队快速机动，适应瞬息万变的战场环境②可靠性高：传统通信方式的电缆或基站一旦被摧毁将会导致通信彻底中断，对于战场环境，将是无法接受的；紫外光信号在战场上很难被侦测到，作为攻击目标的可能性小。即使被破坏，由于其机动性强，可使用备份设备，快速抢通战时通信系统。
点评：紫外光通信既可以补足传统光通信不能进行非视距通信，受气候影响严重的缺陷，也可以弥补传统无线及有线通信需要部署线路和基站等灵活性差的不足，是一种极具发展潜力的通信军事手段。
红外线通信
技术原理
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
优点
1、不易被人发现和截获，保密性强；2、几乎不会受到电气、天电、人为干扰，抗干扰性强。此外，红外线通信机体积小，重量轻，结构简单，价格低廉。但是它必须在直视距离内通信，且传播受天气的影响。在不能架设有线线路，而使用无线电又怕暴露自己的情况下，使用红外线通信是比较好的。
特点
红外通信技术适合于低成本、跨平台、点对点高速数据连接，尤其是嵌入式系统。其主要应用：设备互联、信息网关。设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换。信息网关负责连接信息终端和互联网。红外通信技术是在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持其特点主要有：
1.通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。
2. 主要是用来取代点对点的线缆连接。
3. 新的通信标准兼容早期的通信标准。
4.小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强。
5. 传输速率较高，4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。
6.不透光材料的阻隔性，可分隔性，限定物理使用性，方便集群使用：红外线技术是限定使用空间的。在红外不传输的过程中，遇到不透光的材料，如墙面。它就会反射，这一特点，确定了每套设备之间，可以在不同的物理空间里使用。
7.无频道资源占用性，安全特性高：红外线利用光传输数据的这一特点确定了它不存在无线频道资源的占用性，且安全性特别高。在限定的空间内使用进行窃听数据可不是一件容易的事。
8.优秀的互换性，通用性。因为采用了光传输，且限定物理使用空间。红外线发射和接收设备在同一频率的条件下，可以相互使用。9.无有害辐射，绿色产品特性：科学实验证明，红外线是一种对人体有益的光谱，所以红外线产品是一种真正的绿色产品。 此外，红外线通信还有抗干扰性强，系统安装简单，易于管理等优点。
红外数据通信技术的缺点 ：
1.受视距影响其传输距离短；
2.要求通信设备的位置固定；
3.其点对点的传输连接，无法灵活地组成网络等。
由于红外线通信存在某些缺点导致其目前已无法满足高速通信的需求，红外技术已在手机和笔记本电脑等设备上得到了广泛的应用。
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