国内外激光通信研发信息几则

        国内外激光通信研发信息几则
        一、国内
        1 光电所大气激光通信自适应光学技术取得新进展
        （2016-04-15 14:34:51 来源：中科院光电所）
        中科院光电技术研究所自适应光学重点实验室在自适应光学（ AO ）技术应用于空间相干激光通信系统上的研究取得新进展：在实验室内实现了在中等大气湍流条件下的 5 Gbps的高质量空间相干激光通信效果。验证了AO 技术可以提高相干激光通信系统的可用度，在水平大气、星地等链路的相干激光通信系统中有极高的应用价值。
        由于大气湍流引起的折射率起伏效应，使得信号激光的相干性严重退化，信号光波前相位出现严重畸变。对高速相干激光通信系统而言，即使是非常短时间的波前相位残差扰动造成的通信中断，都将是成千上万信息的丢失。这样，空间相干激光通信的高灵敏度、高抗干扰能力得不到体现，系统的可用度极低。
        AO 技术可以快速、精确地校正大气湍流引起的波前相位畸变，恢复信号激光的相干性。光电所将 AO技术引入大气相干激光通信系统，克服了大气湍流和接收机架引起的信号激光光束抖动难题，解决了平移像差实时校正问题，把大气湍流导致的破碎信号光斑恢复为接近衍射极限的艾里斑，提高了通信光的耦合效率、降低了耦合光强的闪烁效应，最终在中等大气湍流条件下建立了稳定的相干激光通信链路（照片略）。
        该研究得到了国家自然科学基金委、中科院等项目的支持。
        2 哈高新区与哈工大产业化项目签约激光通信有望实现民用
        （2016-04-15 14:15:09 来源：东北网）
        4 月14日，哈尔滨科技创新城举行了 “ 哈高新区与哈工大产业化项目签约仪式 ”，多项国家级科学工程项目在高新区落地投产，高新技术的成果也将在本地实现转化。
        有国家级 “ 高大上 ” 项目
        生活中的通讯技术项目
        我能用上“ 太空宽带 ”了？非常可能！
        激光通信被喻为太空宽带，作为一种可能从根本上改变太空通信的技术，这项技术也有望应用在人们的日常通讯中。在本次签约仪式上，哈工大卫星激光通信股份有限公司正式签约入住哈高新区，公司董事长谭立英告诉记者，激光通信产业园项目的建立，将通过研制不同系列、不同用途的卫星激光通信终端，抢占天地一体化信息技术生产领域，并有望应用于民用通讯领域。
        谭立英告诉记者，目前的4 G 通信网络带宽只有 100 MB /S，而激光通信的将实现以 GB / S计算的带宽，激光通信应用到民用通信领域，将对数据传输起到质的飞跃。
        谭立英表示，她和科研团队在激光通信领域的研究已经奋战了20余年，这次与高新区签约后，公司将拥有更为优越的科研环境，同时大幅提升科技成果的转化效率，该项目预计明年实现投产。
        （附录一）：空间模拟装置落地冰城
         “ 空间环境地面模拟装置 ” 是由哈工大联合中国航天科技集团公司提出拟在 “ 十二五 ” 期间进行布局建设的一项国家重大科技基础设施。该项目将建设具有国际一流水平的空间综合环境 ( 真空、高低温及交变、等离子体、弱磁 / 零磁、粒子辐照、电磁辐射、原子氧、分子污染等 ) 模拟条件平台，实现单一环境和多种环境综合作用相结合，并配以诸多先进的原位/半原位分析测试装置，形成目前国际上最为完备的空间环境及其与物质作用机理研究的条件和能力。
      据悉，该平台全部建设目标周期约 5 年，设施拟建在黑龙江省哈尔滨科技创新城，哈尔滨市政府将提供 36. 15万平方米建设用地，建设及装备总投资估算约为 20亿元。
        （附录二）：哈工大为高新区新增就业岗位1300余个
        自2009年以来，哈工大在哈尔滨科技创新城完成固定资产投资已超过30亿元，总投资规模 100亿元，建筑规模 100万平方米以上，建成可投入使用面积55万平方米。微小型航天器总装基地、光产业研发生产基地、物联网云计算产业园、工大软件总部基地、哈工大国家水资源利用中心等一批项目投入使用。快舟一号、快舟二号微小卫星在 2013年、 2014年相继成功发射。卫星激光通信技术获 2014年国家技术发明一等奖。 2013年，在省委、省政府的大力支持下，由哈工大具体建设的黑龙江省工业技术研究院落户科技创新城。短短 2年，省工研院实现转化技术成果 74项，孵化企业55家，其中 44家企业落户高新区，工大软件公司成功在新三板挂牌，首批 5家企业在哈尔滨市股权交易中心挂牌。省工研院汇聚产业人才119人，其中博士22人，硕士61人，哈工大毕业生51人。在孵企业新增就业岗位 1300多个。
        3 哈市激光通信终端搭起 “ 太空宽带 ”
        （ 2016-04-16 12:58:59  来源：光明网）
        据徐光胜报道，昨天，哈工大卫星激光通信研发生产基地项目正式签约入驻哈科技创新城。该基地生产的卫星通信激光终端产品依托于国家技术发明奖一等奖——哈工大教授马晶、谭立英团队全国首创的星地激光通信技术，其信息传输速率可达当前普遍采用的微波通信千倍甚至万倍，搭起星地之间、卫星与卫星间的 “ 太空宽带 ” ，使我国空间高速信息传输在航天高技术尖端领域跃居世界前列。今后，终端产品大规模应用后也将间接惠及普通人的日常通信需求。
        据悉，传统卫星通信系统是一种微波通信，以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信。微波发射信号像水波一样扩散传播，在覆盖范围的接收终端都可以接收到信号。激光通信与这种“ 点与面 ” 的信息传播方式不同，激光信号电子束非常窄，信息传输以 “ 点与点 ” 对接的方式实现，因此以激光通信方式实现星地之间信息稳定、高效传输也成为世界级难题。
        想象一下，在时速高达 2.8 万公里高速运动的卫星与位置固定的地面站之间，如何实现近2000公里距离间 “ 针尖对麦芒 ”—— 微弧度量级精确双向极窄光束相互对准？马晶、谭立英团队研制的卫星激光终端克服了各种环境干扰，用 “ 激光光束 ” 把卫星与卫星、卫星与地面链接起来，并以 “ 太空宽带 ” 式的能力实现海量信息高速、实时传递，将卫星的信息传输能力实现前所未有的全面提升。
        据介绍，哈工大卫星激光通信研发生产基地占地约 1万平方米，将研制不同系列、不同用途的卫星激光通信终端，明后年将实现批量生产，抢占天地一体化信息技术生产领域高端。
        二、国外
        1 法日试验星地激光通信
        （国防科技信息网 2015-12-25 ）
        据贾平报道， Via Satellite  网站 2015年 12月 21日讯，法国航天局 ( CNES ) 与日本国家信息通信技术研究所（ NICT ）宣布在6月份首次利用一颗日本近地轨道卫星上的小型光学终端（ SOTA ）和法国位于科索尔的蓝色海岸天文台（ OCA ）的试验光学地面站（ OGS ）完成了链路试验。继此次成功后，在 7月和10月通过不同仪器配置建成了其他链路。法日通过试验搜集了激光束穿过大气层的传播数据。试验是 NICT与 CNES就关涉航天技术和应用的 “ 信息与通信技术 ” 签署的框架合作协议的一部分。
        OCA 工作组在空客防务与空间公司、法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司、法国宇航研究院（ ONERA ）蓝色海岸天文台的支持下，执行 OGS的研发和测量工作。未来几个月 NICT 和 CNES计划联合进行更多的试验，测试不同链路参数，以及交换地面站数据进行结果对比。与射频链路比，光学链路能提供更大的频带宽度和更大的数据传输率，但对大气条件的敏感性也更强。此种星地光学链路有望用于传输对地观测卫星获取的数据以及卫星远距离通信。
        2 激光通信将造就 “ 太空数据高速公路 ”
        （ 2016-03-12 09:17:44 来源：搜狐）
        最近，欧洲航天局在哈萨克斯坦贝康诺太空发射场成功发射了一颗通信卫星，该卫星将使用激光采集地球观测卫星的信息，并快速发送至地面上的传感器。欧洲航天局指出，最新激光通信网络即将建立 “ 太空数据高速公路 ”，能够从地球观测卫星传输图片和视频等信息，甚至还可以将国际空间站的数据传输至地面，信息传输速度能达到每秒 1.8 G，该速度是普通家庭网速的 90～100倍。这颗新通信卫星能用激光采集到地球观测卫星的信息（照片略）。
        欧洲航天局通信部主管马加利-瓦西雷（ Magali  Vaissiere ）称，一些穿越北极区域的重要航线十分危险，海面上存在着厚冰，可能损坏过往的船只，甚至威胁人们的生命。较快的传输速度能够快速响应灾难、污染事件，或者违法捕鱼和海盗行为，人们通过实时访问卫星数据，能够做出更好的决策。
        据悉，最新发射的这颗通信卫星是 “ 欧洲数据中继系统（ EDRS ） ” 计划的一部分，未来几年，还将发射其他几颗数据传输卫星。 “ 欧洲数据中继系统 ” 是欧洲航天局迄今最伟大的电信项目之一，该系统意味着未来将建立一个全新的商业卫星通信渠道。
        3 牛津和空客联合研发激光跟踪系统可实现高速通信
        （ 2016-03-23 09:12:09 来源：中国国防科技信息）
        牛津大学和空客集团创新部正联合开发 “ 亥伯龙神 ” 肉眼安全激光跟踪系统。政府资助通过英国工程与自然科学研究理事会（ EPSRC ）和 “ 创新 ” 英国项目（译者注，该项目为英国技术战略委员会下的项目）来提供。
        地基光学系统将 1.15 微米激光瞄向飞机，该飞机配有可捕获光束的反射器，对光束进行处理以使其携带可传输的数据。然后将光束传回地面，在那完成解码。
        当前的传输距离是 1 千米，但延长距离的工作仍在继续。英国工程与自然科学研究理事会表示，随着研究工作的深入，该系统将在3～5年内投入商业应用。
        英国工程与自然科学研究理事会表示，由于这个系统具有精确跟踪能力和安全的高速数据链路，与工作在日益拥挤的电磁频谱的射频通信相比，更不易被截获和干扰。
        牛津大学项目团队负责人表示， “ 亥伯龙神 ” 有潜力成为极轻型、低功率数据终端，该终端适于无人机或能力得到提升的更小型飞机，这将使飞行时间得到延长。
        空客集团创新部研究团队负责人表示，该技术专注于无人机操作者在执行监视、农业监测和灾难救援任务时对日益增长的大量数据的实时获取需求。
        为满足从低轨微卫星下载数据， “ 亥伯龙神 ” 同样也关注空间部分需求。英国工程与自然科学研究理事会表示，在未来，当航班接近机场时该系统可使飞机向地面卸载大量数据。
        4 激光 + 无人机链接全球
        （ 2016-04-14 14:58:41 来源：媒体）
        Facebook 在美国旧金山举办的F8开发者大会上，公司工程副总监Jay Parikh 谈到了Aquila项目最新进展，及如何使用激光器将因特网链接到发展中国家的农村地区。
        据 Parikh 介绍， Facebook的无人机平台像是一个巨大的回旋镖。“ 我们需要几个月放飞一次 ” 他表示：“ 所以我们需要开发新型飞行器以实现这点。大多数飞行器并不是为几个月续航设计，并且不能通过激光束将英特网带入农村地区。 ”
        近期，Facebook 的工程师表示，他们已经造了一架翼展 140英尺 ( 43米 )、重量在 1000磅左右 ( 454公斤 ) 的无人机。其目标是在高空飞行时间达到3个月，并通过激光向地面输送互联网信号（照片略）。
现在有数据、 WIFI、甚至LIFI 等互联网技术，但像是偏远山区、贫困地区等依旧无法享受到互联网带来的便利。而 Facebook 运用激光技术，可以更好地帮助更多人上网。不仅拓宽了受益人群的信息渠道，对医疗、教育等事业也有极大的帮助。
        5  Light国际编委、澳大利亚顾敏院士领导的研究团队在纳米信息光学领域取得重大突破
        （ 2016-04-13 中科院长春光机所信息中心  ）
        据郭宸孜报道， Light 国际编委、澳大利亚皇家墨尔本理工大学顾敏院士领导的研究团队首次利用光学芯片实现了纳米尺度下对光子角动量的操控。相关成果以《 On-chip Noninterference Angular momentum Multiplexing of Broadband Light 》为题，于 2016 年 4 月 7 日在《 Science 》上在线发表（ DOI: 10.1126/science.aaf1112 ）。这项发明是光信息技术领域的一次重大突破，其提供的全新光子角动量编码技术有望应用在超快速光通信、超高清显示、超安全信息加密、超高效量子通信及量子计算等各个领域。
        光通信是一种以光波为传输载体的通信方式，其传输媒介通常包括自由空间和光学纤维。光波作为一种电磁波具有传播速度快（真空中接近 300000 km / s）、传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。光通信通常利用光波特有的物理属性包括亮度、波长和偏振作为独立的光学维度进行信息的编码、传输和解码，已被广泛地应用于各种通信网络中，其在现代社会中通过电话、电视、互联网等通讯方式扮演着至关重要的角色。欧美等发达国家已经把光纤通信放在了国家发展的战略地位，2013 年中国国务院发布了 “ 宽带中国 ” 战略实施方案，光纤通信首次成为国家战略性公共基础设施。然而，随着信息时代的飞速发展，海量的信息和频繁的数据通讯不断地挑战着现有光纤通信技术，其面临承载巨大数据的压力，发展新型光通信技术已经势在必行。
        光作为一种电磁波，其另一个物理本质是粒子。与宏观物体相似，光子可以携带角动量，包括与圆偏振光相关的自旋角动量和与螺旋相位相关的轨道角动量。光子轨道角动量由于其携带的信息量在理论上不受限制，近年来在量子通信和光通讯等领域得到了广泛关注。然而，纳米尺度下对光子角动量进行信息编码及解码一直以来是一个世界性的难题，因为在自然界中很难找到相关的螺旋性结构对光子轨道角动量进行响应。
       顾敏教授领导的团队利用特殊设计的纳米凹槽和纳米环结构，率先实现了纳米尺度下对光子角动量模式进行编码、传输和解码的新技术。 “ 通过在光子芯片上巧妙地设计纳米级结构，我们首次实现了在芯片上操控螺旋光束 ” 顾敏院士说， “ 这样的操控是全方位的，包括对螺旋光束携带的信息进行编码、传输和解码，因而消除了传统探测螺旋光束所必需的大尺度相位敏感元件。 ” 报道的芯片是通过在金属表面设计纳米凹槽将光子角动量转化为表面等离子体的角动量场分布，再利用纳米环结构对后者的角动量模式进行识别并有选择地透射。文章第一作者任浩然（斯文本科技大学博士生）说：“ 如果将光学信号发给某个光子芯片，最重要的是需要知道这个信号的去向，否则信息将会丢失。经过特殊设计的光学芯片可精确地将不同的光子角动量信号选择性地输送到不同的纳米环中并让其透射出去，这样信息就不会丢失。 ” 此外，这项发明还可以成数量级地提高光通信处理速度。发明的芯片包含一组角动量操控单元阵列，每个单元可独立地处理不同的光子角动量信息。任浩然说： “ 利用阵列原理，进一步大规模集成化的芯片可并行处理光子角动量信息，例如，如果芯片由 100 乘 100个角动量处理单元组成，那么其信息处理速度便可提高四个数量级。 ” 另外，通过基于非共振的角动量模式匹配原理，发明的芯片不仅在可见光波段而且在通讯波段均可实现超宽波段的光子角动量信息处理，文章第三作者张启明（皇家墨尔本理工大学高级研究员）指出：“ 与传统基于等离子体共振的器件不同，我们的芯片可实现非共振、超宽波段的光子角动量信号处理。”
        澳大利亚科学院、澳大利亚技术科学与工程学院院士、澳大利亚皇家墨尔本理工大学副校长顾敏院士说： “ 这项发明作为光信息技术领域的一项重大突破，为下一代超宽带、超大容量、超快速并行处理的光学通信奠定了基础，为即将到来的大数据工业革命提供了一个崭新的科技平台。 ”
        此前，顾敏院士有三篇文章发表在 Light: Science  &  Applications 上：
http://www.nature.com/lsa/journal/v2/n8/full/lsa201348a.html
http://www.nature.com/lsa/journal/v3/n1/full/lsa20147a.html
http://www.nature.com/lsa/journal/v3/n5/full/lsa201458a.html

       6 萨里卫星和桥卫星公司联合研发自由空间卫星光通信方案
       （国防科技信息网    2016-04-27）
       据李云报道，航天新闻网站 2016 年 4月 12日讯， 4 月 12日，萨里卫星技术美国分公司和桥卫星公司宣布合作开发自由空间光通信系统，提供从卫星到专有地面网络的安全数据下行链路，且速度将比射频方案更快。
       在此项合作中，萨里公司将建造飞行激光终端单元，负责与桥卫星公司的全球地面网络通信。萨里公司和桥卫星公司还将联合为用户提供单链路传输速率高达 10 Gbit / sd 的 “ 单跳 ” 解决方案。
       萨里项目副总裁克莱尔-马汀表示， “ 通过这次合作，我们将拥有独一无二的机会，以较低成本为小卫星市场带来更易接入、更快速的光通信方案。鉴于每个单元质量不超过 1.5 千克且功率低于 25瓦，我们将为商业卫星通信业带来消除数据下行链路约束的法宝。 ”
      萨里的光通信终端将装配一个标准接口，允许终端既可在萨里任一卫星上使用，也可在其他卫星供应商的飞行单元上使用。具备先进的前向纠错技术和一个 “ 智能 ” 模块可获得精确的指向精度，数据传输系统将比传统射频方案的成本更低、质量/功率效率更高。
       “ 我们非常期待与萨里的合作，     萨里公司在创新、    低成本小卫星领域的优势明显，而我们广泛的数据下行链路能力将为航天业带来指数级发展的潜力 ”， “ 萨里承诺将桥卫星公司的地面站基础设施作为其光通信方案的一部分，代表相关技术迈出了重要一步。
       两家公司希望在未来几年实现光通信系统投入运行。