对高速互联网、视频会议、流媒体直播、实时图像和一般信息技术的需求增加,给当前基于无线电频率的卫星通信系统带来了压力。由于光学技术的*性,它被认为是一种可以显著提高自由空间通信系统(如基于无线电的通信)性能的替代技术。事实上,很多实验室和行业已将其工作重点放在自由空间光学(FSO)系统的开发和商业化上。
FSO系统提供的优势包括:工作频率高于无线电系统,增加了信道容量或数据速率。(FSO通信提供的数据速率可以在10 Mbps到10 Gbps之间)。另一个优点是FSO通信的波长比无线电通信的波长短,从而产生发散度较低的波束,为给定的发射功率提供更高的精度和强度。
此外,FSO系统支持的信道多,且不同数据链路之间互不干扰。光学系统通常成本较低、性能可靠、功耗小,并且尺寸紧凑。
FSO系统由三个主要元件组成:发射器(激光)、接收器(探测器)和两个元件之间的无障碍视线(通信信道),通过这三个元件组成FSO系统进行光信号的收发,原理如图1。FSO通信系统可用于卫星通信、军事应用、*一公里接入、校园内通信、灾难恢复等场景。
图1典型自由空间光通信设置激光通信目前已经被广泛进行论证与试验,而选择哪个波段的激光进行通信是十分重要的,接下来将详细阐述通信波长及相应探测器的选择。
激光波长的选择主要取决于三个因素:通过通信信道的吸收(或损耗)、可用于调制激光的技术以及可用于检测光信号的技术。当信号通过空间传输时,没有吸收,真空对波长的选择没有任何限制。
然而,在大气中,光子被分子吸收和扩散,导致光学损耗。不同波长的吸收不同,但可见光(400nm-800nm)和近红外(约900nm-1700 nm)存在传输窗口,这使得这些波长很适合FSO通信。研究表明,近红外波长的光通过大气的透射率高于可见光,如图2所示。

图2大气透过率随波长的变化,突出显示了可见光和近红外通信窗口
另一个引起损耗的因素是散射。在可见光和紫外线范围内,空气分子和烟雾会引起瑞利散射。在近红外波段,气溶胶粒子(如雾和薄雾)将导致米氏散射。由于FSO通信高度依赖于天气条件,因此有必要找出在非理想条件下使用此技术的优势波段。对于这类环境,1550 nm波长的散射衰减小于850 nm等较短波长的散射衰减。这使得1550 nm波长更适合于这些非理性条件下的FSO实现。
事实上,在FSO通信中,近红外波长比可见光具有另外两个优势。首先,1550nm属于人眼安全波长。其次,目前基于现有的光纤通信网络采用的是近红外波段,特别是1310nm和1550nm,目前光纤链路已经遍布世界各地。所以选择1550nm的波长用于FSO通信能够与现在基于光纤通信系统很好的对接起来。
我司现生产的激光光斑跟踪相机在1550nm波长下量子效率可达80%以上。采用热电制冷芯片,能够很好的抑制芯片暗电流,从而提升成像质量。可适用于1550nm激光通信系统,该产品采用Camera Link数字图像和模拟图像同时输出,可拆卸式前盖板,便于光学接口转换。结构紧凑、重量轻,更适合集成在各个光电系统当中。具备触发输入功能,可实现快速的追踪同步性。可根据要求在窗口模式下对帧频进行提升,提供不同窗口模式下对板载高速质心提取及位置输出功能。

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