论文部分内容阅读
摘要：本文详细分析了高斯光束的特性，结合其在卫星通信方面的具体作用，研究了其各方面的特性对卫星通信的影响。最后，结合实际，提出了简要的整改方法，为卫星通信的改进提供参考。
关键词：高斯光束 卫星光通信 特性影响
高斯光束是由激光谐振腔激发的一种横截面的振幅分布遵守高斯函数的基模辐射场，它的光束带有激光的大部分特性，所以经常应用于通信和测量。而在通信方面，光通信比微波通信更加具有优势，因为它通信的信息量大、设备仪器小巧、具有更强的抗干扰能力。随着航天技术不断发展，光通信的优点将逐步的凸显出来，所以在未来，光通信将在通信中占有主要的地位。
1、高斯光束的特性
1.1 准直性
高斯光束能成为光通信的重要工具，其准直性是功不可没的。高斯光束在光通信中一般是传递地面的信息到太空，通过卫星将信息光束反射给地面其它的接收仪器，通过这种方法，可以大大节省信息传递的时间和通讯所花费的成本。太空中广袤无垠，要想准确的将一道光束照射到体积并不大的卫星上，是十分困难的事情。所以，高斯光束因其良好的准直性成为了一个优秀承载、传递信息的工具。高斯光束的“准”指的是其具有很短的波长和较大的频率，在均匀的介质中可以按照一条直线传播，即可以准确的命中目标。“直”是指高斯光束在一般均匀的介质中的传播方向是一条直线，只要介质的密度不发生改变，那么它就会一直沿着直线传播下去。所以，在卫星光通信选择传播途径时，准直性是一重要的标准。
1.2 高亮度性
高斯光束和大部分光一样，都是由原子的电子受到外界因素的激发，从高能级向低能级跃迁而辐射出光子的过程，辐射出的光子就是我们通常见到的光。而高斯光束的光是一种特殊状态下由弱光激发出的强光，因为具有很高的频率，所以蕴含的能量也十分大，因此其亮度比太阳还要高。所以在太空中，用高斯光束来传递信息将避免太阳光的干扰，可以一直稳定不断的传递信息。而且，在光束的传播过程中，由于其具有很高的能量，就不会出现光束在传播时能量过度损耗，导致信息缺失、中断的情况。高斯光束超强的亮度，使它在各个领域中都得到了广泛的运用。
1.3 高单色性
一直以来，我们见到的高斯光束都是以单色光的形式出现的。高斯光束的光线之所以呈单色出现，是因为其波长的分布范围很小（范围可以窄到2×10^-9nm），甚至可以忽略。普通光线，因为不是一种波长的光线组成的，所以无法像激光与高斯光束那样聚集成一点。拿我们可见的太阳光来说，它在光的色散时会分解成七种不同颜色的单色光，而且这几种光的波长和频率各不相同，所以太阳光不太能聚集，更加不能运用到一些特殊的领域。高斯光束则因其具有很高的单色性，能运用于更多的领域。
1.4 高相干性
光在传播过程中一般都会受到其它因素的影响，例如：其它光、介质的密度、温度的变化等，而通信需要的是稳定性和准确性，当傳播途径都无法满足这些条件时，就无法保证正常的通信。所以，在卫星的光通信选择传播途径时，一定要考虑到相干性问题。传统的微波通信，一直以来都受到极大的限制，因为它不具备良好的相干性，当受到其它微波的干扰时，就无法正常的传递信息。例如当电话旁边是电机线圈时，我们在电话中听到的声音就会不清晰，从而造成通信无法进行。一般的光线不能作为卫星的通信途径，主要是因为其波长太大和波长的波动范围太广，一旦受到外界的一点干扰，都会发生不可逆的改变，导致信息的丢失。高斯光线在相干性方面具有很大的优势，因为它的频率单一，波长自然也是没有较大的变化，而且它的频率又高，从而使它的波长相应的变得很小（是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二），所以它不容易受其它光线的干扰。在作为卫星通信的途径时，它就具有更大的优势，也可以保证通信的稳定。
2、因特性产生的相关问题
2.1 技术难度高
在准直性方面，由于传播的范围较大，而作为中介的卫星在广阔的宇宙中十分微小，所以要想将光束准确的照射到卫星上，就有很大的技术难度。再者，大气层是由低到高逐渐变得稀薄的，所以光线在其中的传播途径就无法保持直线，要想准确的将光束照射到卫星上，就需要相关技术的支持。高斯光束所带的能量很大，要想在其中加入信息，本身都是一大技术难题，再加上它传播的距离过远，强度就要增加很多，所带能量也会跟着呈几何倍数增加，要想控制就更加难了。其它特性也需要相关的设备和技术支持才能稳定的进行信息的传输。
2.2 存在不稳定因素
高斯光束在卫星的光通信中，需要从地面经大气层直接照射到太空中的卫星上，在传播的途径中会有许多的不稳定因素，这些因素会直接影响光束传播的稳定。比如在下雨天，天空中聚集了大量的乌云，这样就会改变光束传播介质的密度，致使光束不能按照原有的路径传播。所以就需要重新规划路径，即消耗了时间，也无法保证信息的准确传递。太空中存在着很多的不稳定因素也会影响光束的传播，就比如太空垃圾、太阳风暴等，要避免这些不稳定因素还需要不断的研究、实践。
3、简单的解决方法
高斯光束很适合应用于卫星的光通信，它所存在的问题也是其它途径普遍存在的问题。技术方面的问题需要不断的借鉴国外先进技术，加强相关人才的培养和技术的研究、实践。不稳定因素方面就可以加强对那些不稳定因素的监控和预测，提前将它们找出来，防止其影响信息的传输。
4、总结
高斯光束是未来卫星通信的一大重要途径，只有不断的完善其技术和设备，才能保障以后信息的通畅，完善就要从其特性着手。
参考文献：
[1]陈云亮，马晶，谭立英，王骐.高斯光束特性对卫星光通信的影响分析[A].中国激光.2004，31（z1）
关键词：高斯光束 卫星光通信 特性影响
高斯光束是由激光谐振腔激发的一种横截面的振幅分布遵守高斯函数的基模辐射场，它的光束带有激光的大部分特性，所以经常应用于通信和测量。而在通信方面，光通信比微波通信更加具有优势，因为它通信的信息量大、设备仪器小巧、具有更强的抗干扰能力。随着航天技术不断发展，光通信的优点将逐步的凸显出来，所以在未来，光通信将在通信中占有主要的地位。
1、高斯光束的特性
1.1 准直性
高斯光束能成为光通信的重要工具，其准直性是功不可没的。高斯光束在光通信中一般是传递地面的信息到太空，通过卫星将信息光束反射给地面其它的接收仪器，通过这种方法，可以大大节省信息传递的时间和通讯所花费的成本。太空中广袤无垠，要想准确的将一道光束照射到体积并不大的卫星上，是十分困难的事情。所以，高斯光束因其良好的准直性成为了一个优秀承载、传递信息的工具。高斯光束的“准”指的是其具有很短的波长和较大的频率，在均匀的介质中可以按照一条直线传播，即可以准确的命中目标。“直”是指高斯光束在一般均匀的介质中的传播方向是一条直线，只要介质的密度不发生改变，那么它就会一直沿着直线传播下去。所以，在卫星光通信选择传播途径时，准直性是一重要的标准。
1.2 高亮度性
高斯光束和大部分光一样，都是由原子的电子受到外界因素的激发，从高能级向低能级跃迁而辐射出光子的过程，辐射出的光子就是我们通常见到的光。而高斯光束的光是一种特殊状态下由弱光激发出的强光，因为具有很高的频率，所以蕴含的能量也十分大，因此其亮度比太阳还要高。所以在太空中，用高斯光束来传递信息将避免太阳光的干扰，可以一直稳定不断的传递信息。而且，在光束的传播过程中，由于其具有很高的能量，就不会出现光束在传播时能量过度损耗，导致信息缺失、中断的情况。高斯光束超强的亮度，使它在各个领域中都得到了广泛的运用。
1.3 高单色性
一直以来，我们见到的高斯光束都是以单色光的形式出现的。高斯光束的光线之所以呈单色出现，是因为其波长的分布范围很小（范围可以窄到2×10^-9nm），甚至可以忽略。普通光线，因为不是一种波长的光线组成的，所以无法像激光与高斯光束那样聚集成一点。拿我们可见的太阳光来说，它在光的色散时会分解成七种不同颜色的单色光，而且这几种光的波长和频率各不相同，所以太阳光不太能聚集，更加不能运用到一些特殊的领域。高斯光束则因其具有很高的单色性，能运用于更多的领域。
1.4 高相干性
光在传播过程中一般都会受到其它因素的影响，例如：其它光、介质的密度、温度的变化等，而通信需要的是稳定性和准确性，当傳播途径都无法满足这些条件时，就无法保证正常的通信。所以，在卫星的光通信选择传播途径时，一定要考虑到相干性问题。传统的微波通信，一直以来都受到极大的限制，因为它不具备良好的相干性，当受到其它微波的干扰时，就无法正常的传递信息。例如当电话旁边是电机线圈时，我们在电话中听到的声音就会不清晰，从而造成通信无法进行。一般的光线不能作为卫星的通信途径，主要是因为其波长太大和波长的波动范围太广，一旦受到外界的一点干扰，都会发生不可逆的改变，导致信息的丢失。高斯光线在相干性方面具有很大的优势，因为它的频率单一，波长自然也是没有较大的变化，而且它的频率又高，从而使它的波长相应的变得很小（是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二），所以它不容易受其它光线的干扰。在作为卫星通信的途径时，它就具有更大的优势，也可以保证通信的稳定。
2、因特性产生的相关问题
2.1 技术难度高
在准直性方面，由于传播的范围较大，而作为中介的卫星在广阔的宇宙中十分微小，所以要想将光束准确的照射到卫星上，就有很大的技术难度。再者，大气层是由低到高逐渐变得稀薄的，所以光线在其中的传播途径就无法保持直线，要想准确的将光束照射到卫星上，就需要相关技术的支持。高斯光束所带的能量很大，要想在其中加入信息，本身都是一大技术难题，再加上它传播的距离过远，强度就要增加很多，所带能量也会跟着呈几何倍数增加，要想控制就更加难了。其它特性也需要相关的设备和技术支持才能稳定的进行信息的传输。
2.2 存在不稳定因素
高斯光束在卫星的光通信中，需要从地面经大气层直接照射到太空中的卫星上，在传播的途径中会有许多的不稳定因素，这些因素会直接影响光束传播的稳定。比如在下雨天，天空中聚集了大量的乌云，这样就会改变光束传播介质的密度，致使光束不能按照原有的路径传播。所以就需要重新规划路径，即消耗了时间，也无法保证信息的准确传递。太空中存在着很多的不稳定因素也会影响光束的传播，就比如太空垃圾、太阳风暴等，要避免这些不稳定因素还需要不断的研究、实践。
3、简单的解决方法
高斯光束很适合应用于卫星的光通信，它所存在的问题也是其它途径普遍存在的问题。技术方面的问题需要不断的借鉴国外先进技术，加强相关人才的培养和技术的研究、实践。不稳定因素方面就可以加强对那些不稳定因素的监控和预测，提前将它们找出来，防止其影响信息的传输。
4、总结
高斯光束是未来卫星通信的一大重要途径，只有不断的完善其技术和设备，才能保障以后信息的通畅，完善就要从其特性着手。
参考文献：
[1]陈云亮，马晶，谭立英，王骐.高斯光束特性对卫星光通信的影响分析[A].中国激光.2004，31（z1）