[通信知识]：无线光通信相关技术简介

光通信分为有线和无线两类。有线光通信即光纤通信，已成为广域网、城域网的绝对主力；无线光通信又称自由空间光通信(FSO，Free Space Optical communication)。近年来，激光大气通信技术取得了一系列的突破，随着“最后一公里”对高带宽、低成本接入技术的迫切需求，FSO在视距传输、宽带接入中有了新的发展机遇。本文就影响无线光通信的几个问题作简单的分析。

一、克服气候的影响

从大气光学的角度看，可见光及1.6µm以下的近红外光波谱中，除了几个强吸收峰(水分子0.72µm、二氧化碳1.4µm、臭氧0.6µm、氧0.69µm)外，都是透明的大气窗口。尽管如此，但大气层从来就不是光传输的理想通道。对信号光功率进行散射、吸收衰减的有气体分子、水分子、烟尘微粒等。当散射粒子直径比光波长小很多(1：10)时为瑞利散射，散射功率与波长的4次方成反比；当光遇到云、雾之类直径达几个微米的粒子时，发生米氏散射，散射功率与波长几乎无关。各种恶劣气候会使光信号的衰减变得极为严重，在雨、雪、雾中又以浓雾影响最大，衰减可达120dB/km。

在这种情况下，为了保证全天候线路连接质量指标，提高功率就是克服衰减的最直接有效的方法。为了利用光纤通信的成熟技术，许多民用FSO系统采用半导体激光器(O.85µm或1.55µm波长)。事实上，这种激光器是所有激光器中光束质量最差、输出光功率最难做大的一种，它之所以能够大行其道，完全是因为它与光纤耦合最为方便，而且能够直接调制。现在既然不使用光纤作为传输介质，就可以采用其他类型的激光器。近年来固体激光器的一个重大进展是采用LD作为泵浦源(工作波长对准激光晶体的吸收峰)取代了传统的泵浦灯(发射连续光谱，只有激光晶体吸收峰对应的部分功率能被吸收)，使能量转换效率从百分之几增加到百分之二十左右，同时使激光介质热负荷下降，光束质量大大改善,而且寿命长，体积小。所以半导体激光器泵浦固体激光器(DPSSL)成为了FSO光源的“希望之光”。比如LD泵浦Nd：YAG激光器，可以以连续工作方式在l.31µm波长提供几十至100多毫瓦低噪声的功率,在1.06µm波长的输出功率可达数瓦，比现有的半导体LD输出功率要大数个量级。虽然用掺铒光纤放大器也可以增加LD的光功率，但是会增加噪声，同时也增加成本。

发送端光功率增强以后，需要在接收端加强自动增益控制能力，还要考虑激光防护的问题。可以利用透镜系统进行“扩束”，减少单位面积的激光能量至安全范围。另外，由于可见光的黄绿光波段是人眼损伤阀值最低的波段，故1.06µm的Nd：YAG激光器倍频后的0.532µm波长不宜用在大气FSO系统中。