激光通信，為什么值得關注？

光通信這幾年特別火，股價蹭蹭往上漲。今天這篇文章，小棗君要和大家聊另一種形式的光通信，也很有搞頭，商業價值在不斷提升。

沒錯，我要聊的，就是——激光通信。

█ 激光通信，有什么特別？

激光通信，顧名思義，是一種利用“激光束”進行數據傳輸的通信技術。

激光（laser，港澳臺喜歡叫鐳射），大家都見過吧？電影里威力巨大、毀滅一切的那種——

我們平時生活中，一些激光筆、超市掃碼槍、舞臺燈光等場景，也會用到激光。這玩意，看上去挺危險的，為啥也能通信？

大家都知道，無線通信都是基于電磁波進行工作。電磁波根據工作頻率，又分為電波和光波。

傳統的無線通信，基本上采用電波，不用光波。

因為電波的頻率更低，波長更長，繞射能力更好，覆蓋距離更遠。

而光波的頻率更高，波長更短，繞射能力更差，在傳輸過程中更容易受到大氣衰減、散射等因素的影響，導致信號損失較大，傳輸距離受限。

我們日常生活中的移動通信、Wi-Fi通信、微波通信、對講機通信，都是用的電波。

光波的優勢是頻率帶寬大，可以實現更高的傳輸速率。所以，專家們一直惦記將光波用于通信。

既然光波容易受外界環境的干擾，那么，就把光波“約束”在一個封閉的環境里唄？

于是，就有了光纖通信——將光波“包”在光纖的玻璃纖維介質中，實現低損耗的、遠距離的、高速率的通信。這樣可以有效降低衰減和干擾，充分發揮光波的帶寬優勢。

光纖通信，畢竟還是依賴于光纖這個有線介質，無法擺脫物理連接的束縛，不利于部署，也缺乏移動性與靈活性。

于是，專家們繼續研究：能否在自由空間中，直接使用光束進行通信？

這就有了激光通信。

激光通信，為了區別傳統光纖通信，還有一種稱謂，叫做自由空間光通信（Free Space Optical Communication，FSO）。

激光通信使用的光源和光纖一樣，都是激光（頻率范圍190~360THz，介于太赫茲與近紅外光之間，比微波高3-5個數量級）。這是一種方向性極好的單色相干光。

激光的優點，包括這么幾個方面：

首先，如前面所說，激光的頻率帶寬極大，可以實現極高的傳輸速率（Gbps甚至Tbps），遠超傳統電波無線通信技術。

其次，激光束的發散角極小、束寬極窄，能量高度集中，所以，它具備一定的抗干擾能力，可以適當應對大氣中的衰減和散射等不利因素。

第三，激光束具有極強的指向性，在傳輸過程中很難受到其他電磁信號的干擾，也不易被捕獲或截取，具有非常不錯的安全性和保密性。

第四，激光通信無需頻譜許可，不占用寶貴的無線電頻段資源，部署靈活，降低了使用門檻和運營成本。

第五，激光通信系統體積小、重量輕、功耗低，便于部署到資源受限的移動嵌入式平臺和空間載荷上（如無人機、衛星、車載終端等）。

█ 激光通信，有哪些應用場景？

綜合上述特點，我們會發現，激光通信非常適合點對點的、無遮擋物場景下的無線空間傳輸場景，例如衛星通信以及傳統地面微波通信等。

衛星通信，具體又包括衛星與衛星（星間）、衛星與地面（地面接收站、便攜終端）、衛星與飛機（機載終端）、衛星與輪船（艦載終端）等。

傳統地面微波通信，主要針對偏遠地區的基站信號回傳或專網信號傳輸等。激光通信可以作為加強版的微波通信，解決山區、江河湖海等光纜不易部署或部署成本過高的問題。

在自然災害等場景下，激光通信也可以用于應急通信，快速恢復災區網絡。

這幾年，也有將激光通信應用于無人機通信的趨勢。搭載輕量化激光通信終端的無人機，能夠建立起“機-地”或“機-機”高速鏈路，實現高效飛行控制以及高清視頻回傳。

不管怎么說，衛星通信對激光通信的刺激作用，是最為突出的。

最近這幾年衛星通信特別火爆，尤其是低軌衛星星座（以星鏈為代表）加速密集組網與部署，掀起了全球衛星熱。

這股衛星熱，帶動了激光通信熱。很多高校、研究機構和企業，都看到了激光通信的潛在商業價值，所以投入到產業鏈之中。

● 美國的研究進展

美國研究激光通信是最早的。

上世紀70年代，美國就開始探索激光通信技術，并研制出世界首臺激光通信終端。1975年，NASA（美國航空航天局）成功實現了阿波羅15號指令艙與地面站之間的月地激光通信實驗。

進入21世紀，美國依舊引領激光通信技術的發展前沿。

2014年，NASA進行了國際空間站至地面的下行50Mbps單向激光通信試驗。

2022年5月，NASA與麻省理工合作，利用一顆搭載了BIRD（太字節紅外傳輸器）的小型立方體衛星，實現了星地激光通信鏈路，速率高達100Gbps，較傳統射頻鏈路高1000多倍。

BIRD小型立方體衛星

2023年，NASA的深空光通信（DSOC）項目成功實施，在飛船距地球3100萬km處，以267 Mbps的速率傳回超高清視頻。同年6月，NASA的首個雙向激光中繼系統演示項目（LCRD）完成了第一年在軌實驗。

值得一提的是，2020年，SpaceX進行了一次試驗，兩顆Starlink衛星利用搭載的激光通信載荷，傳輸了數百GB的數據，為搭建自家天基網絡進行了重要的技術驗證。

2025年9月，一架加拿大飛機搭載了美國通用原子電磁系統公司（GA-EMS）的光學通信終端，與5470km外的低軌衛星（屬于加拿大開普勒通信公司）建立連接，成功實現了雙向高速激光通信，速率高達2.5Gbps，轟動了整個行業。

● 歐洲的研究進展

歐洲那邊，研究起步也比較早（上世紀80年代）。

21世紀初，相干激光通信在軌實驗成功后，ESA（歐洲航天局）正式啟動了歐洲數據中繼系統計劃（EDRS）。2019年，EDRS-A和EDRS-C衛星在45000km的鏈路上實現了1.8Gbps的通信速率。

2024年，ESA開展深空激光通信實驗，在1AU（天文長度單位，表示地球到太陽的平均距離）的距離，實現了10Mbps的傳輸速率。

這幾年，德國、法國、意大利等國相繼啟動了多項國家級激光通信項目，布局意圖非常明顯。

● 中國的研究進展

再來看看我們國家。

我國對激光通信的研究起步非常晚。2011年，在海洋二號衛星上，我們才實現國內首次星地激光通信試驗。

雖然起步晚，但這些年來，我們的發展勢頭非常迅猛。

2017年，實踐十三號衛星完成了高軌星地雙向激光通信，速率達到5Gbps。

2018年，墨子號量子衛星完成星地激光通信+量子密鑰分發，當時引起了全球廣泛關注。

2020年，我國首次開展低軌星間激光通信技術實驗，由LaserFleet（深圳航星光網）公司研制激光通信載荷，能夠實現3000km以上的通信距離，速率可達100Mbps。

2024年5月，由上海光機所研制的激光通信載荷隨智慧天網一號01星升空，實現了中軌星間萬公里級的高速互聯。

今年1月，中科院空天院利用自主研制的500毫米口徑星地激光通信系統，與中科衛星AIRSAT-02衛星進行星地激光通信實驗，實現了120Gbps的穩定高速傳輸（秒級快速捕獲建立，建鏈成功率超過93%，最長連續穩定通信時間達108秒），創下了國內紀錄。

星地激光通信系統（圖片來自網絡）

有消息稱，今年我國將利用嫦娥7號開展月地激光通信技術驗證。這也將是一個重大突破。

目前，國內在激光通信領域的代表性民營企業包括藍星光域、極光星通等。

藍星光域，是第一家完成星載激光通信終端交付并在軌驗證的中國商業航天公司。他們在江蘇常熟有一個生產孵化基地，具備年產千臺終端產品的能力。

2025年2月，藍星光域攜手中國聯通，成功完成了跨域短距離空間激光通信設備研發成果的現場驗收，開通了中國聯通首條自由空間光（FSO）承載業務。

藍星光域（圖片來自網絡）

極光星通，也是國內星間高速激光通信技術第一梯隊。2025年3月，極光星通通過“光傳01/02試驗星”，成功開展了國內首次在軌星間400Gbps超高速激光通信數據傳輸試驗。

總而言之，激光通信技術正在加速從實驗室走向在軌驗證與商業運營。在這個新興賽道，我們還是很有競爭力的，也逐步形成了完整的產業鏈生態，未來可期。

█ 激光通信（星載），是如何工作的？

星載激光通信終端是集成多種尖端技術的復雜系統，分為通用部分（FPGA、光纖放大器、光學收發模塊、調制解調器）與星載特有部分（星敏感器、捕獲傳感器、可見光相機、光學收發天線）。

終端的核心是APT系統（捕獲、指向和跟蹤系統），主要功能是在衛星進行通信前捕獲傳遞信息的光束，實現微弧度級指向精度，并在通信過程中保持光束對準，確保通信鏈路暢通。

APT系統架構（來自《星間激光通信關鍵技術與展望》，王浩楠等）

我們簡單看看激光通信的工作過程：

在發射端，激光發射器產生激光，通信模塊進行調制。控制模塊驅動快速轉向鏡（FSM）和變焦透鏡（VFL），根據通信鏈路情況，對光束方向和束腰大小進行精密調節。

然后，通過進一步增寬透鏡，將光束發射到太空中。

在接收端，衛星激光終端利用粗指向組件（CPA），結合星歷計算，對可能區域進行大范圍掃描。捕獲到信標光束后，對雜光進行濾除。

然后，根據接收端攝像頭采集到的光斑指向誤差，計算和控制模塊驅動快速轉向鏡，實現高精度、快響應的光束跟蹤，建立鏈路。

接收到信號光束后，由通信傳感器將光信號轉換為電信號，然后完成解調等步驟，即可實現通信過程。

機載寬帶激光通信終端（圖片來自：藍星光域）

所以，可以看出，一方面是發射，另一方面是捕獲。捕獲的難度明顯更大，APT系統的作用非常重要。

目前常見的APT技術方案有萬向架式、擺鏡式、潛望式和L型轉臺式。隨著時間推移，APT技術高速發展，精度不斷提升，響應速度不斷加快，功耗與體積也在不斷優化，為激光通信的規模化部署提供了堅實基礎。

█ 激光通信，仍然存在技術挑戰

激光通信有巨大的商業價值，應用前景也很廣闊。但是，在實際應用中，激光通信仍然面對很大的挑戰。

空天地海背景下的視距范圍內通信，雖然無實際遮擋物，但仍需傳輸很長的距離，需要面對大氣吸收及散射、大氣湍流、背景光等因素的影響。云、雨、霧、雪、塵埃等天氣條件，也會造成光的散射與吸收，導致信號衰減或中斷。

剛才我們提到的很多激光通信試驗，距離都在幾千公里甚至幾萬公里。這些超遠距離的通信試驗，對激光發射功率、接收靈敏度、精密跟瞄精度以及抗干擾能力，都提出了近乎極限的要求。

為了克服這些挑戰，業界也推出了一些應對方案：包括自適應光學補償、多光束協同傳輸、智能跟瞄算法優化、以及可調發散角的變焦光學系統等。

以可調發散角的變焦光學系統為例。采用這項技術，系統在掃描捕獲時，可以擁有更大的發散角，從而更快地覆蓋不確定區域。這使得系統能夠更快完成掃描捕獲動作，從而減少建鏈時間。

此外，如果通信距離太近，傳統定焦系統無法調整，會導致接收端信號過于飽和，損壞接收端相機和通信系統。采用可調發散角技術，在近距離通信的情況下，可以將發散角調大，減少信號飽和，保護接收端相機和通信系統。

激光通信的技術細節還是蠻多的。限于篇幅，以后小棗君再做詳細解讀。

█ 最后的話

據貝哲斯咨詢發布的《空間激光通信市場調研報告》，全球與中國空間激光通信市場規模2025年分別達到90.75億元（人民幣）與12.26億元。預計到2032年，全球市場規模將會達到727.03億元，復合年增長率34.62%。

在構建空天地海一體化通信網絡的宏偉藍圖中，激光通信將扮演越來越重要的角色。這個領域的技術和產業發展動態，值得我們密切關注！

參考文獻：

1、《星間激光通信關鍵技術與展望》，王浩楠，劉峻峰，南卓江，陶衛；

2、《空間激光通信技術與系統》，姜會林等，國防工業出版社；

3、《衛星互聯網星間激光通信的分析及建議》，陳山枝等，電信科學；

4、《衛星激光通信日漸火熱！一文帶你讀懂技術、機遇與挑戰！》，梁張華，物聯網智庫；

5、《全球及中國太空激光通信設備產業全景報告》，恒州誠思；

6、《星地激光通信研究現狀與前沿技術》，趙云等，空間科學學報；

7、《星間激光通信：速率與帶寬雙優，低軌星座核心組網關鍵》，興業證券；

8、百度百科，維基百科，各企業官網等。