蓝绿激光通信技术：对潜通信新主力

长期以来，长波或超长波通信一直是对潜通信的主要方式，随着人们研究的不断深入，发现海水中还存在着一个“蓝绿窗口”，当然这个蓝绿是针对可见光来说的。

对潜激光通信

这个“蓝绿窗口”是怎么被发现的呢？研究人员在实验中发现，波、红外光、可见光等，在可见光波段，海水对电磁波的衰减小，对光的透射性较好。通常海水对光波的衰减主要是由海水吸收和悬浮微粒散射引起的，衰减系数与光波波长、海水的浊度、生物含量及深度等有关，而温度与盐度对衰减系数的影响却不大。含有浮游生物的海水的衰减系数比纯海水大，差异主要来自海水中的悬浮粒子和溶解的其他物质。在纯海水中，波长为400～580nm的光波衰减系数较小，当波长大于580nm时，衰减系数明显增大。特别是在可见光中，对于含有浮游生物的海水，绿光部分的衰减系数最小，而红光、紫光的衰减系数最大。正是如此，海水中的400～580nm波段，被称为海水的“蓝绿窗口”，使用此波段的光波作为信息传输的载体，海水对其的传播损耗低，水质较好时损耗可低于0.05dB/m。一般来说，大洋水的衰减系数最小波段是480～500nm，近岸水衰减系数最小的波段是530～580nm。

海水中“蓝绿窗口”的存在为水中兵器的水下探测及水下通信提供了新的解决方案。潜艇作为常规的水下作战武器，如何对其进行水下探测的研究从未停止过。传统的探测手段主要是使用声呐技术，但随着反探测作战及消声技术研究的深入发展，潜艇的自噪声越来越弱，这也使声呐探测技术的能力大大削弱。目前，在潜艇探测领域，蓝绿激光目标探测技术越来越吸引了人们的目光。

在对潜通信上，长期以来主要是采用长波和超长波通信实现，而长波和超长波通信的主要缺点在于天线系统过于庞大而通信容量小。随着激光技术的日益成熟，部分海洋大国把水下通信的目光投向了更为直接的光通信方式，对潜蓝绿激光通信开始得到重视。对潜蓝绿激光通信作为激光通信的一种，通常是指利用在海水低损耗窗口波长上的蓝绿激光，通过卫星或飞机与深水中潜行潜艇的通信，也包括水面舰与潜艇之间的通信。一般来说，对潜通信可以分为陆基、天基和空基三种方式。陆基系统先由陆上基地台发出强脉冲激光束，再由空间轨道上的卫星将激光束反射至所需照射的海域，实现与水下潜艇的通信。天基系统的上行线路可用电通信手段实现，而下行线路可将大功率激光器置于卫星上完成对潜通信功能。空基系统是将大功率激光器置于飞机上，在飞机飞越预定海域时，激光束以一定形状的波束扫过目标海域，完成对水下潜艇的通信。早在20世纪80年代初，美国国防部就开始对是否开展水下激光通信卫星系统的研究进行过探讨，美国通用电话电子公司为摸索蓝绿光的穿透能力和利用蓝绿光进行深海通信的可能性，曾在某海域进行了一次蓝绿光通信试验，并获得了成功。其方法是以一架在4万英尺高空飞行的飞机，借助蓝绿激光束，将输出一定功率值的光脉冲从飞机上发出，穿透大气层和海水，准确地把信息传递到了一艘巡航在实战深度的导弹核潜艇上。水下蓝绿激光通信的试验成功，为实现海洋通信开辟了一条新途径。此外，苏联在20世纪80年代也开始了水下对潜激光通信的研究和试验，并成功地把蓝色激光束发送到空间轨道的反射镜后再转发到潜艇上。

蓝绿激光通信主要有以下几个特点：蓝绿激光束穿透能力强，能穿透至海洋深处，海水对其的吸收损耗很小，几乎可以说是“透明”的；工作频率高，通信频带宽，能较好地实现数据的高速传输，且方向性好，抗干扰能力强，不受电磁波以及核辐射的影响；耗能少，对于无线电波而言，其穿过地层和海水都要损耗较大的能量，波长越短，损耗越大，而对于蓝绿光，海水和大气层对其的能量损耗都极小，这就有利于增强通信的正确性和可靠性，为协调潜艇与海面、地面和空中的作战创造了条件；不易被敌测向和侦察，作战中，如果潜艇上浮使用天线与外界通信，易被敌方的无线电测向船、侦察飞机或监视卫星发现，而采用蓝绿光通信方式，潜艇在深海处就能够与地面进行通信，更便于隐蔽作战。

实现蓝绿激光通信，对光源需要一些特殊的要求，工作波长，光源波长应处于海水的“低损耗窗口”，一般系统可选择在480nm附近；功率，光源工作于连续波或脉冲状态，峰值功率必须足够大以保证接收到的光功率足够大，突出于背景光功率；脉冲宽度，海水散射作用形成了多径色散，光束脉冲被展宽，在由海水散射引起的激光脉冲传输延时差固定的情况下，展宽后的脉冲峰值幅度的下降量与原脉冲宽度有很大关系，原脉冲越窄，脉冲峰值幅度下降越大，要求脉冲光的光源应有足够的宽度以保证在存在较大的脉冲展宽的情况下，接收光信号脉冲峰值功率还能维持一个较大的值。