激光和无线电频谱

激光和无线电频谱

无线电频谱

无线电波,其频率范围大致在 3 kHz 到 300 GHz 之间。

总带宽也不过几百个GHz,而且这些频段被蜂窝网络、Wi-Fi、广播、雷达、卫星等瓜分殆尽,显得非常拥挤。

光波频谱

光波,其频率在 300 THz 到 3000 THz 甚至更高。

光波频段的总带宽高达 数万GHz,是无线电频谱的成千上万倍

激光的波束极窄,发散角非常小,能量高度集中。

在光纤通信中,光被封闭在玻璃芯里传输,不同光纤内的光互不干扰。

在大气或真空中,激光能量被高度集中地传输给特定的接收卫星,形成了一个虚拟的“封闭通道”。

激光真空中几乎没有能量损失,可以无损传输。而大气中的分子吸收(如水汽)、散射(如雾霾、云层)会导致信号急剧衰减。大气湍流导致光束波前发生畸变,使光斑在接收端散开、抖动,就像透过火焰看东西。

在传递信息时,无线电波像一个高音喇叭,声音能传遍四面八方,即使翻山越岭也能听到回响;

而激光则像一把极其精准的狙击枪,在毫无阻挡的靶场(真空)里能打中几公里外的靶心,但在有风有雾的复杂环境(大气层)中,有效射程就会显著缩短。

人眼能感知到的光被称为“可见光”,其波长范围大约在380纳米(nm)到780纳米(nm)之间。

大量用于工业、通信和科研的激光,其波长都在可见光范围之外

  • 红外激光:波长大于780nm,如用于光纤通信的1550nm激光、工业加工的1064nm激光。
  • 紫外激光:波长小于380nm,如用于精密加工的355nm激光和准分子激光。

1550nm是当前工程应用的绝对主力,而中远红外波段因其在大气中独特的传输优势,正成为学术界和下一代系统研发的热点。

所有红外激光:高功率照射对眼镜和皮肤都可能引起损伤。

绝大多数商用的地面和星地激光通信终端,都被设计为 1类激光产品 (Class 1) 。这意味着在所有可预见的操作条件下,其发射水平都在安全限值内,即使直视光束也是安全的。

更高功率的系统(如某些地面骨干链路),它们会被安装在普通人无法接触的高塔或楼顶,并配有联锁装置(一旦有物体遮挡便自动关闭激光)。

正常运行的激光通信设备,对公众是安全的。

但直接暴露在激光发射端口,则极其危险。