鐳射通訊行業高速發展,即將進入黃金髮展期

鐳射通訊是一種利用鐳射傳輸資訊的通訊方式。鐳射是一種新型光源,具有亮度高、方向性強、單色性好、相干性強等特徵。按傳輸媒質的不同,可分為大氣鐳射通訊和光纖通訊。大氣鐳射通訊是利用大氣作為傳輸媒質的鐳射通訊。光纖通訊是利用光纖傳輸光訊號的通訊方式。

鐳射通訊系統組成裝置包括髮送和接收兩個部分。傳送部分主要有鐳射器、光調製器和光學發射天線。接收部分主要包括光學接收天線、光學濾波器、光探測器。要傳送的資訊送到與鐳射器相連的光調製器中,光調製器將資訊調製在鐳射上,透過光學發射天線傳送出去。在接收端,光學接收天線將鐳射訊號接收下來,送至光探測器,光探測器將鐳射訊號變為電訊號,經放大、解調後變為原來的資訊。

鐳射通訊行業高速發展,即將進入黃金髮展期

北京時間6月3日早間訊息,據報道,索尼宣佈,已成立一家“太空裝置”新公司,致力於製造和供應一些裝置,使軌道上的小型衛星能夠透過鐳射束相互通訊。這家公司名為“索尼空間通訊公司”(Sony Space Communications Corp),於週三註冊,旨在利用鐳射技術來避免無線電技術的瓶頸。索尼稱,這些裝置將在太空衛星和“與地面站通訊的衛星”之間工作。

索尼並未說明其太空裝置何時商用、是否已有客戶排隊,或者到目前為止已經在這項技術上投入了多少資金。當前,大約有12000顆衛星在軌。隨著發射成本的降低,預計這一數字在未來幾年將迅速增加。如今,SpaceX和亞馬遜等公司正在建立龐大的近地衛星網路,以便將網際網路通訊傳輸到全球各地。

索尼空間通訊公司社長Kyohei Iwamoto在一份宣告中稱:“軌道上使用的資料量也在逐年增加,但可用的無線電波數量卻有限。”據悉,SpaceX公司已經自己製造了鐳射通訊裝置,並於去年年底首次在其“星鏈”(Starlink)衛星上使用。索尼還表示,其鐳射通訊技術的測試於2020年取得成功。當時,索尼透過鐳射將高畫質影象資料從國際空間站(ISS)傳輸到日本的一個地面站。

五角大樓計劃中的網狀通訊衛星網路中的每一顆衛星都可以有多達四條鐳射鏈路,這樣它們就可以與其他衛星、飛機、船隻和地面站進行通訊。衛星間的光學鏈路對於美國軍方的近地軌道星座的成功至關重要,該星座將用於多星球間的資料通訊。鐳射可以提供比傳統射頻通訊更高的傳輸資料速率,但也要昂貴得多。

美國軍方最近為126顆星座計劃授予了近18億美元的合同,美國的公司將分別製造這些衛星,這些公司開發了一種用於點對多點傳輸的一對多光通訊技術,這項技術可以大幅度減少終端的需求,從而有助於降低建造星座的成本。

美國軍方前幾天還授予美國兩家公司一份價值170萬美元的小型企業創新研究合同,這兩家公司需要在未來兩年內展示該技術。美國的一家公司在1月份贏得了美國空軍SBIR的另一份合同,該合同旨在開發一種光學終端,將衛星與軍用戰鬥機連線起來。其實在2019年與波音公司合作的一個專案中就首次展示了點對多點光通訊,此後該技術不斷成熟。

一對多連線由一種稱為託管光通訊陣列(簡稱MOCA)的裝置實現,它的獨特之處在於它非常模組化,MOCA託管光通訊陣列可以使光學衛星間鏈路與多個其他衛星通訊。在傳統的鐳射通訊中,一切都是點對點的,是一對一的關係。有了MOCA,一條衛星間光鏈路可以與40顆不同的衛星通話。這個技術不只是建造衛星星座成本降低這一個好處,如果節點的成本降低,就有機會實現不同的網路體系結構,從而實現不同的服務級別。

前段時間,我國的北斗衛星進行了鐳射通訊實驗,成功將訊號以鐳射的形式傳輸到地面接收站,這對於未來衛星網路之間的高速通訊具有非凡意義,使用鐳射通訊可以讓衛星每秒傳輸幾千兆的資料,我們日常生活中下載速度每秒也就幾兆到十幾兆,而鐳射通訊一旦實現,下載速度可以達到一秒幾個GB,未來甚至能向TB級發展。

目前,我國的北斗導航系統已經與全球137個國家簽署了合作協議,在世界範圍內具有一定的影響力,並且未來還將不斷進行拓展,我國的北斗導航系統雖然是第三套成熟的衛星導航系統,但擁有數量最多的衛星,甚至超過了GPS系統的衛星數量,目前北斗導航系統無論是在軍用領域還是民用領域都發揮著重要作用,若能實現鐳射通訊將為世界帶來福音。

在鐳射技術的應用方面,雖然我國處於領先地位,但鐳射通訊的實現並不容易,因為鐳射通訊本質是光學結構,所以容易受到複雜地形以及天氣的干擾,但此次實驗的科研人員表示,目前北斗衛星上測試的鐳射通訊已經可以在大型城市以及具有挑戰性的環境中實現穩定傳輸,可見這個問題已經被我國克服。

鐳射通訊技術其實早在上世紀60年代就有國家開始研究了,但一直無法克服受大氣影響這個問題,當鐳射穿過大氣層時,氣流波動造成地面接收站收到的光訊號減弱,甚至無法讀取,但這一問題被我國解決了,我國科研人員研發出一種可以透過電荷改變形狀的望遠鏡鏡面,減少大氣流動帶來的影響,使得光訊號可以正常接收。

值得一提的是,在鐳射通訊領域我國比西方起步晚了幾十年,但如今卻被我國反超,其實我國早就使用了鐳射通訊技術,比如量子衛星“墨子號”以及 “實踐號”衛星都使用了鐳射通訊,傳輸速度更是創下了紀錄,而且我國科研人員表示未來還要將地面接收站小型化,裝在車裡實現移動部署,一旦成功將徹底改變衛星通訊,造福全世界。

鐳射通訊行業高速發展,即將進入黃金髮展期

鐳射通訊是一種利用鐳射傳輸資訊的通訊方式。鐳射頻率範圍寬廣、可調諧性強、單色性好、強度高、方向性好、相干性好、發散角度小、能量集中等眾多優點,因此鐳射通訊具有通訊容量大、保密性強、結構輕便等優點。

歐美日等發達國家和地區鐳射通訊行業研究起步較早,產品研發及生產技術水平處於全球領先地位,對鐳射通訊的應用開發也較為深入,是全球鐳射通訊主要的生產及需求區域,我國鐳射通訊行業起步較晚,時間發展較短,但近幾年國內鐳射通訊行業發展較快,已有少量企業實現商業化生產。

《2022年全球及中國鐳射通訊產業深度研究報告》顯示,隨著全球鐳射通訊技術水平的不斷提升,其應用領域得到不斷拓展,全球市場應用規模不斷增加,2021年,全球鐳射通訊市場規模增速超過30%,而中國鐳射通訊市場規模增速更是超過50%。

從下游應用領域來看,由於鐳射通訊技術還不夠成熟或應用成本還非常高,目前鐳射通訊在民事領域的應用較少,主要應用在軍事方面,許多國家均在發展軍事方面的鐳射光纖通訊系統,比如由美國軍領域研製應用於海軍的“小石城”和ALFOT以及陸軍的MXC3計劃等。

從市場供需情況來看,北美、歐洲及日本地區是全球主要的鐳射通訊供應市場,同時也是全球主要的鐳射通訊需求市場,佔據全球大部分的市場份額。中國鐳射通訊行業雖然起步晚,但發展迅速,近幾年國內鐳射通訊供應能力及需求市場均保持持續快速增長,為全球鐳射通訊市場進一步發展持續注入新的動力。

從政策方面來看,美國、歐洲、日本等均在鐳射通訊技術領域投入巨資進行相關技術研究和在軌試驗,對鐳射通訊所涉及的各項關鍵技術展開了全面深入地研究,不斷推動鐳射通訊相關技術邁向工程實用化。中國近幾年也逐步加大對鐳射通訊行業的政策傾斜,不斷推進鐳射通訊技術產業化等政策措施,促使我國鐳射通訊行業不斷創新發展。

從市場競爭來看,全球鐳射通訊市場集中度較高,生產企業主要集中於歐美日等發達國家及地區,這些地區鐳射通訊行業起步較早,技術研發實力強,產品效能優異,並已形成較強的品牌化效應。全球領先的代表性企業有Tesat-Spacecom、HENSOLDT、AIRBUS、Astrobotic Technology、Optical Physics Company、Laser Light Communications等。

從發展前景來看,全球鐳射通訊行業生產技術水平將不斷提升,應用領域將更加廣泛,尤其是中國鐳射通訊行業在國家政策的支援下將迎來黃金髮展期,中國鐳射通訊行業無論是從技術層面、產品層面還是從應用層面都將實現質的飛躍,中國將成為全球主要的鐳射通訊需求市場之一,行業發展前景極好。

鐳射通訊行業高速發展,即將進入黃金髮展期

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