「前沿」美国空间激光链路研究的历史展示

星间激光通信由于在容量、成本等方面具有明显优势，星间激光通信受到了广泛关注，包括我国在内的很多国家 和地区先后开展了一系列计算机仿真、地面模拟和星上实验研究。

美国开展空间通信方面的研究最早，于20世纪60年代中期就开始实施空间光通信方面的研究计划，是技术走在最前沿的国家之一。美国最主要的研究部门有美国国家航空航天局（NASA）和美国空军，NASA的喷气推进（JPL）实验室早在70年代就开始进行卫星激光通信的研究工作，其他如林肯实验室、贝尔实验室等著名研究机构也都开展了空间激光链路的研究。近几年来。空间激光链路研究已成为美国的研究热点，这将改变近些年美国在这一领域的研究落于欧洲甚至日本之后的局面。

美国空间光通信研究的历史展示了随着技术的进展空间光通信技术不断改进的过程。在刚开始进行空间研究时，选用的光源是CO₂激光器，随着激光器的发展，空间光通信系统选用的光源也不断发生变化，现在研制的空间光通信系统的星上光源都选用半导体激光器。以美国著名的JPL实验室近几年研制的一套空间光通信系统为例，在该系统中分别采取用波长为810nm和852nm的GaAlAs半导体激光器作为通信光源和信标光源，调制方式为为直接电流调制。此外。一开始星间激光通信的应用是高码率的同步卫星间（GEO-GEO）光连接和低码率的深空光中续，此后，随着体积小，重量轻和成本低的近地卫星（LEO）的增多，以及相应的关键技术和元器件的发展，激光通信的应用逐步扩展到LEO-LEO、LEO-GEO、LEO-地面站和LEO-飞机的光通信链路。2000年6月7日美国成功地发射了空间技术研究卫星STRV-2。该卫星包含了一套先进的光通信技术试验装置，它是美国导弹防御署（BMDO）和英国防御部的防御评估和研究署合作开发的。STRV-2激光通信系统的数据传输率为1.0Gb/s传输距离为1800km，质量为14.3kg。

为了提高系统的数据率，美国也进行了星间光通信的光波复用研究。前述JPL研究的装置采用了波长相同、但具有不同偏振方向的两路光通道进行数据传输，没路通道传输率为600Mb/s，从而是整个系统的数据率达到1.2Gb/s，这是提高空间光通信系统数据率的一个有效方法。另一种提高系统传输数据率的方法是波分复用（WDM），即在空间光通信系统中采用多个波长的光源同时传递数据，构成多路通道，如美国MITRE公司以美国第二代中继星TDRSSⅡ为背景需求而研制的波分复用方法。在该空间光通信模拟实验系统中，波长分别为810nm、830nm及860nm的三个半导体激光器构成三个通道。在接收端，利用干涉滤光片将三个不同波长的信号分开。这样的波分复用系统对提高数据率是很有吸引力的，因此，现在各国已十分重视对应用于空间光通信系统的波分复用器件及技术的研究。