激光通信，为什么值得关注？

光通信这几年特别火，股价蹭蹭往上涨。今天这篇文章，小枣君要和大家聊另一种形式的光通信，也很有搞头，商业价值在不断提升。

没错，我要聊的，就是——激光通信。

█ 激光通信，有什么特别？

激光通信，顾名思义，是一种利用“激光束”进行数据传输的通信技术。

激光（laser，港澳台喜欢叫镭射），大家都见过吧？电影里威力巨大、毁灭一切的那种——

我们平时生活中，一些激光笔、超市扫码枪、舞台灯光等场景，也会用到激光。这玩意，看上去挺危险的，为啥也能通信？

大家都知道，无线通信都是基于电磁波进行工作。电磁波根据工作频率，又分为电波和光波。

传统的无线通信，基本上采用电波，不用光波。

因为电波的频率更低，波长更长，绕射能力更好，覆盖距离更远。

而光波的频率更高，波长更短，绕射能力更差，在传输过程中更容易受到大气衰减、散射等因素的影响，导致信号损失较大，传输距离受限。

我们日常生活中的移动通信、Wi-Fi通信、微波通信、对讲机通信，都是用的电波。

光波的优势是频率带宽大，可以实现更高的传输速率。所以，专家们一直惦记将光波用于通信。

既然光波容易受外界环境的干扰，那么，就把光波“约束”在一个封闭的环境里呗？

于是，就有了光纤通信——将光波“包”在光纤的玻璃纤维介质中，实现低损耗的、远距离的、高速率的通信。这样可以有效降低衰减和干扰，充分发挥光波的带宽优势。

光纤通信，毕竟还是依赖于光纤这个有线介质，无法摆脱物理连接的束缚，不利于部署，也缺乏移动性与灵活性。

于是，专家们继续研究：能否在自由空间中，直接使用光束进行通信？

这就有了激光通信。

激光通信，为了区别传统光纤通信，还有一种称谓，叫做自由空间光通信（Free Space Optical Communication，FSO）。

激光通信使用的光源和光纤一样，都是激光（频率范围190~360THz，介于太赫兹与近红外光之间，比微波高3-5个数量级）。这是一种方向性极好的单色相干光。

激光的优点，包括这么几个方面：

首先，如前面所说，激光的频率带宽极大，可以实现极高的传输速率（Gbps甚至Tbps），远超传统电波无线通信技术。

其次，激光束的发散角极小、束宽极窄，能量高度集中，所以，它具备一定的抗干扰能力，可以适当应对大气中的衰减和散射等不利因素。

第三，激光束具有极强的指向性，在传输过程中很难受到其他电磁信号的干扰，也不易被捕获或截取，具有非常不错的安全性和保密性。

第四，激光通信无需频谱许可，不占用宝贵的无线电频段资源，部署灵活，降低了使用门槛和运营成本。

第五，激光通信系统体积小、重量轻、功耗低，便于部署到资源受限的移动嵌入式平台和空间载荷上（如无人机、卫星、车载终端等）。

█ 激光通信，有哪些应用场景？

综合上述特点，我们会发现，激光通信非常适合点对点的、无遮挡物场景下的无线空间传输场景，例如卫星通信以及传统地面微波通信等。

卫星通信，具体又包括卫星与卫星（星间）、卫星与地面（地面接收站、便携终端）、卫星与飞机（机载终端）、卫星与轮船（舰载终端）等。

传统地面微波通信，主要针对偏远地区的基站信号回传或专网信号传输等。激光通信可以作为加强版的微波通信，解决山区、江河湖海等光缆不易部署或部署成本过高的问题。

在自然灾害等场景下，激光通信也可以用于应急通信，快速恢复灾区网络。

这几年，也有将激光通信应用于无人机通信的趋势。搭载轻量化激光通信终端的无人机，能够建立起“机-地”或“机-机”高速链路，实现高效飞行控制以及高清视频回传。

不管怎么说，卫星通信对激光通信的刺激作用，是最为突出的。

最近这几年卫星通信特别火爆，尤其是低轨卫星星座（以星链为代表）加速密集组网与部署，掀起了全球卫星热。

这股卫星热，带动了激光通信热。很多高校、研究机构和企业，都看到了激光通信的潜在商业价值，所以投入到产业链之中。

● 美国的研究进展

美国研究激光通信是最早的。

上世纪70年代，美国就开始探索激光通信技术，并研制出世界首台激光通信终端。1975年，NASA（美国航空航天局）成功实现了阿波罗15号指令舱与地面站之间的月地激光通信实验。

进入21世纪，美国依旧引领激光通信技术的发展前沿。

2014年，NASA进行了国际空间站至地面的下行50Mbps单向激光通信试验。

2022年5月，NASA与麻省理工合作，利用一颗搭载了BIRD（太字节红外传输器）的小型立方体卫星，实现了星地激光通信链路，速率高达100Gbps，较传统射频链路高1000多倍。

BIRD小型立方体卫星

2023年，NASA的深空光通信（DSOC）项目成功实施，在飞船距地球3100万km处，以267 Mbps的速率传回超高清视频。同年6月，NASA的首个双向激光中继系统演示项目（LCRD）完成了第一年在轨实验。

值得一提的是，2020年，SpaceX进行了一次试验，两颗Starlink卫星利用搭载的激光通信载荷，传输了数百GB的数据，为搭建自家天基网络进行了重要的技术验证。

2025年9月，一架加拿大飞机搭载了美国通用原子电磁系统公司（GA-EMS）的光学通信终端，与5470km外的低轨卫星（属于加拿大开普勒通信公司）建立连接，成功实现了双向高速激光通信，速率高达2.5Gbps，轰动了整个行业。

● 欧洲的研究进展

欧洲那边，研究起步也比较早（上世纪80年代）。

21世纪初，相干激光通信在轨实验成功后，ESA（欧洲航天局）正式启动了欧洲数据中继系统计划（EDRS）。2019年，EDRS-A和EDRS-C卫星在45000km的链路上实现了1.8Gbps的通信速率。

2024年，ESA开展深空激光通信实验，在1AU（天文长度单位，表示地球到太阳的平均距离）的距离，实现了10Mbps的传输速率。

这几年，德国、法国、意大利等国相继启动了多项国家级激光通信项目，布局意图非常明显。

● 中国的研究进展

再来看看我们国家。

我国对激光通信的研究起步非常晚。2011年，在海洋二号卫星上，我们才实现国内首次星地激光通信试验。

虽然起步晚，但这些年来，我们的发展势头非常迅猛。

2017年，实践十三号卫星完成了高轨星地双向激光通信，速率达到5Gbps。

2018年，墨子号量子卫星完成星地激光通信+量子密钥分发，当时引起了全球广泛关注。

2020年，我国首次开展低轨星间激光通信技术实验，由LaserFleet（深圳航星光网）公司研制激光通信载荷，能够实现3000km以上的通信距离，速率可达100Mbps。

2024年5月，由上海光机所研制的激光通信载荷随智慧天网一号01星升空，实现了中轨星间万公里级的高速互联。

今年1月，中科院空天院利用自主研制的500毫米口径星地激光通信系统，与中科卫星AIRSAT-02卫星进行星地激光通信实验，实现了120Gbps的稳定高速传输（秒级快速捕获建立，建链成功率超过93%，最长连续稳定通信时间达108秒），创下了国内纪录。

星地激光通信系统（图片来自网络）

有消息称，今年我国将利用嫦娥7号开展月地激光通信技术验证。这也将是一个重大突破。

目前，国内在激光通信领域的代表性民营企业包括蓝星光域、极光星通等。

蓝星光域，是第一家完成星载激光通信终端交付并在轨验证的中国商业航天公司。他们在江苏常熟有一个生产孵化基地，具备年产千台终端产品的能力。

2025年2月，蓝星光域携手中国联通，成功完成了跨域短距离空间激光通信设备研发成果的现场验收，开通了中国联通首条自由空间光（FSO）承载业务。

蓝星光域（图片来自网络）

极光星通，也是国内星间高速激光通信技术第一梯队。2025年3月，极光星通通过“光传01/02试验星”，成功开展了国内首次在轨星间400Gbps超高速激光通信数据传输试验。

总而言之，激光通信技术正在加速从实验室走向在轨验证与商业运营。在这个新兴赛道，我们还是很有竞争力的，也逐步形成了完整的产业链生态，未来可期。

█ 激光通信（星载），是如何工作的？

星载激光通信终端是集成多种尖端技术的复杂系统，分为通用部分（FPGA、光纤放大器、光学收发模块、调制解调器）与星载特有部分（星敏感器、捕获传感器、可见光相机、光学收发天线）。

终端的核心是APT系统（捕获、指向和跟踪系统），主要功能是在卫星进行通信前捕获传递信息的光束，实现微弧度级指向精度，并在通信过程中保持光束对准，确保通信链路畅通。

APT系统架构（来自《星间激光通信关键技术与展望》，王浩楠等）

我们简单看看激光通信的工作过程：

在发射端，激光发射器产生激光，通信模块进行调制。控制模块驱动快速转向镜（FSM）和变焦透镜（VFL），根据通信链路情况，对光束方向和束腰大小进行精密调节。

然后，通过进一步增宽透镜，将光束发射到太空中。

在接收端，卫星激光终端利用粗指向组件（CPA），结合星历计算，对可能区域进行大范围扫描。捕获到信标光束后，对杂光进行滤除。

然后，根据接收端摄像头采集到的光斑指向误差，计算和控制模块驱动快速转向镜，实现高精度、快响应的光束跟踪，建立链路。

接收到信号光束后，由通信传感器将光信号转换为电信号，然后完成解调等步骤，即可实现通信过程。

机载宽带激光通信终端（图片来自：蓝星光域）

所以，可以看出，一方面是发射，另一方面是捕获。捕获的难度明显更大，APT系统的作用非常重要。

目前常见的APT技术方案有万向架式、摆镜式、潜望式和L型转台式。随着时间推移，APT技术高速发展，精度不断提升，响应速度不断加快，功耗与体积也在不断优化，为激光通信的规模化部署提供了坚实基础。

█ 激光通信，仍然存在技术挑战

激光通信有巨大的商业价值，应用前景也很广阔。但是，在实际应用中，激光通信仍然面对很大的挑战。

空天地海背景下的视距范围内通信，虽然无实际遮挡物，但仍需传输很长的距离，需要面对大气吸收及散射、大气湍流、背景光等因素的影响。云、雨、雾、雪、尘埃等天气条件，也会造成光的散射与吸收，导致信号衰减或中断。

刚才我们提到的很多激光通信试验，距离都在几千公里甚至几万公里。这些超远距离的通信试验，对激光发射功率、接收灵敏度、精密跟瞄精度以及抗干扰能力，都提出了近乎极限的要求。

为了克服这些挑战，业界也推出了一些应对方案：包括自适应光学补偿、多光束协同传输、智能跟瞄算法优化、以及可调发散角的变焦光学系统等。

以可调发散角的变焦光学系统为例。采用这项技术，系统在扫描捕获时，可以拥有更大的发散角，从而更快地覆盖不确定区域。这使得系统能够更快完成扫描捕获动作，从而减少建链时间。

此外，如果通信距离太近，传统定焦系统无法调整，会导致接收端信号过于饱和，损坏接收端相机和通信系统。采用可调发散角技术，在近距离通信的情况下，可以将发散角调大，减少信号饱和，保护接收端相机和通信系统。

激光通信的技术细节还是蛮多的。限于篇幅，以后小枣君再做详细解读。

█ 最后的话

据贝哲斯咨询发布的《空间激光通信市场调研报告》，全球与中国空间激光通信市场规模2025年分别达到90.75亿元（人民币）与12.26亿元。预计到2032年，全球市场规模将会达到727.03亿元，复合年增长率34.62%。

在构建空天地海一体化通信网络的宏伟蓝图中，激光通信将扮演越来越重要的角色。这个领域的技术和产业发展动态，值得我们密切关注！

参考文献：

1、《星间激光通信关键技术与展望》，王浩楠，刘峻峰，南卓江，陶卫；

2、《空间激光通信技术与系统》，姜会林等，国防工业出版社；

3、《卫星互联网星间激光通信的分析及建议》，陈山枝等，电信科学；

4、《卫星激光通信日渐火热！一文带你读懂技术、机遇与挑战！》，梁张华，物联网智库；

5、《全球及中国太空激光通信设备产业全景报告》，恒州诚思；

6、《星地激光通信研究现状与前沿技术》，赵云等，空间科学学报；

7、《星间激光通信：速率与带宽双优，低轨星座核心组网关键》，兴业证券；

8、百度百科，维基百科，各企业官网等。

文章转载自“鲜枣课堂”公众号