Warum lohnt es sich, sich für Laserkommunikation zu interessieren?

Optische Kommunikation ist in den letzten Jahren besonders beliebt, und die Aktienkurse steigen stetig. In diesem Artikel möchte ich mit Ihnen über eine andere Form der optischen Kommunikation sprechen, die ebenfalls viel Potenzial hat und deren kommerzieller Wert stetig zunimmt.

Ja, ich möchte über Laserkommunikation sprechen.

Was ist an der Laserkommunikation besonders?

Die Laserkommunikation ist, wie der Name schon sagt, eine Kommunikationstechnologie, die "Laserstrahlen" zur Datenübertragung nutzt.

Lasers (im chinesischen Sprachraum der Sonderverwaltungszone Hongkong, Macau und Taiwan gerne als "Laserstrahlen" bezeichnet), die haben Sie schon mal gesehen, oder? Die in Filmen, die unglaublich stark sind und alles zerstören können -

In unserem täglichen Leben werden Laser auch in Laserstiften, Supermarktscannern, Bühnenbeleuchtungen und anderen Szenarien eingesetzt. Dieses Ding sieht ziemlich gefährlich aus. Warum kann es auch zur Kommunikation genutzt werden?

Wir wissen alle, dass die drahtlose Kommunikation auf elektromagnetischen Wellen basiert. Elektromagnetische Wellen werden je nach Arbeitsfrequenz in elektrische Wellen und Lichtwellen unterteilt.

Die herkömmliche drahtlose Kommunikation nutzt im Wesentlichen elektrische Wellen und keine Lichtwellen.

Weil elektrische Wellen eine niedrigere Frequenz und eine längere Wellenlänge haben, bessere Beugungsfähigkeit und eine größere Reichweite.

Lichtwellen hingegen haben eine höhere Frequenz, eine kürzere Wellenlänge und eine schlechtere Beugungsfähigkeit. Sie sind beim Übertragungsprozess stärker von atmosphärischer Dämpfung, Streuung und anderen Faktoren betroffen, was zu einem größeren Signalverlust und einer begrenzten Übertragungsdistanz führt.

Unsere tägliche Mobilkommunikation, Wi-Fi-Kommunikation, Mikrowellenkommunikation und Funksprechkommunikation nutzen alle elektrische Wellen.

Der Vorteil von Lichtwellen liegt in ihrer großen Frequenzbandbreite, die eine höhere Übertragungsrate ermöglicht. Deshalb haben die Experten schon lange daran gedacht, Lichtwellen für die Kommunikation zu nutzen.

Da Lichtwellen leicht von der Umgebung gestört werden, warum nicht die Lichtwellen in einer geschlossenen Umgebung "einschließen"?

So entstand die Glasfaserkommunikation - die Lichtwellen werden in der Glasfaser "eingepackt", um eine Kommunikation mit geringem Verlust, großer Reichweite und hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen. Auf diese Weise kann die Dämpfung und Störung effektiv reduziert werden, und der Bandbreitenvorteil der Lichtwellen kann voll ausgeschöpft werden.

Die Glasfaserkommunikation hängt jedoch immer noch von der Glasfaser als drahtgebundenen Medium ab und kann nicht von der physischen Verbindung befreit werden. Dies ist für die Installation ungünstig und es fehlt an Mobilität und Flexibilität.

Deshalb haben die Experten weiter geforscht: Ist es möglich, in freiem Raum direkt mit Lichtstrahlen zu kommunizieren?

So entstand die Laserkommunikation.

Zur Unterscheidung von der herkömmlichen Glasfaserkommunikation wird die Laserkommunikation auch als Freiraum-optische Kommunikation (Free Space Optical Communication, FSO) bezeichnet.

Die Laserkommunikation nutzt dasselbe Lichtquell wie die Glasfaserkommunikation, nämlich Laser (Frequenzbereich 190 - 360 THz, zwischen Terahertz und Nahinfrarotlicht, 3 - 5 Größenordnungen höher als Mikrowellen). Dies ist ein monochromatisches kohärentes Licht mit ausgezeichneter Richtwirkung.

Die Vorteile des Lasers umfassen folgende Aspekte:

Zunächst kann, wie bereits erwähnt, der Laser aufgrund seiner extrem großen Frequenzbandbreite eine extrem hohe Übertragungsrate (Gbps oder sogar Tbps) erreichen, die weit über der herkömmlichen drahtlosen Kommunikationstechnologie mit elektrischen Wellen liegt.

Zweitens hat der Laserstrahl einen extrem kleinen Divergenzwinkel und eine extrem schmale Strahlbreite, und die Energie ist stark konzentriert. Daher verfügt er über eine gewisse Störungsfestigkeit und kann den negativen Faktoren wie atmosphärischer Dämpfung und Streuung gewissermaßen standhalten.

Drittens hat der Laserstrahl eine starke Richtwirkung. Während des Übertragungsprozesses ist er kaum von anderen elektromagnetischen Signalen zu stören und auch schwer zu erfassen oder abzfangen. Er bietet daher eine sehr gute Sicherheit und Vertraulichkeit.

Viertens erfordert die Laserkommunikation keine Frequenzgenehmigung, beansprucht keine wertvollen Funkfrequenzressourcen, ist flexibel in der Installation und senkt die Nutzungs- und Betriebskosten.

Fünftens ist das Laserkommunikationssystem klein, leicht und energieeffizient, was die Installation auf ressourcenbeschränkten mobilen Einbettungsprozessoren und Raumfahrzeugen (z. B. Drohnen, Satelliten, Fahrzeugendgeräten usw.) erleichtert.

Welche Anwendungsgebiete hat die Laserkommunikation?

Unter Berücksichtigung der obigen Merkmale stellen wir fest, dass die Laserkommunikation besonders gut für punkt-zu-punkt drahtlose Raumübertragungen in sichtbaren Szenarien geeignet ist, wie z. B. Satellitenkommunikation und herkömmliche terrestrische Mikrowellenkommunikation.

Die Satellitenkommunikation umfasst speziell die Kommunikation zwischen Satelliten (zwischen Satelliten), zwischen Satelliten und der Erde (Bodenempfangsstationen, tragbare Endgeräte), zwischen Satelliten und Flugzeugen (Bordendgeräte) und zwischen Satelliten und Schiffen (Schiffsendgeräte) usw.

Die herkömmliche terrestrische Mikrowellenkommunikation zielt hauptsächlich auf die Rückübertragung von Basisstationssignalen in abgelegenen Gebieten oder die Übertragung von privaten Netzwerksignalen ab. Die Laserkommunikation kann als eine verbesserte Version der Mikrowellenkommunikation dienen, um das Problem zu lösen, dass Glasfasern in Berggebieten, auf Flüssen, Seen und Meeren schwer zu installieren oder die Installationskosten zu hoch sind.

In Fällen wie Naturkatastrophen kann die Laserkommunikation auch für die Notfallkommunikation eingesetzt werden, um das Netzwerk in den betroffenen Gebieten schnell wiederherzustellen.

In den letzten Jahren gibt es auch einen Trend, die Laserkommunikation in der Drohnenkommunikation anzuwenden. Drohnen mit leichten Laserkommunikationsendgeräten können eine "Drohne-Erde" oder "Drohne-Drohne" Hochgeschwindigkeitsverbindung aufbauen, um eine effiziente Flugsteuerung und die Rückübertragung von Hochdefinition-Videos zu ermöglichen.

Wie auch immer, die Stimulation der Laserkommunikation durch die Satellitenkommunikation ist am deutlichsten.

In den letzten Jahren ist die Satellitenkommunikation besonders beliebt geworden, insbesondere die Beschleunigung der dichten Vernetzung und Installation von Low-Earth-Orbit-Satellitenkonstellationen (vertreten durch Starlink), die eine globale Satellitenwelle ausgelöst hat.

Diese Satellitenwelle hat auch die Laserkommunikation beflügelt. Viele Universitäten, Forschungsinstitute und Unternehmen haben das potenzielle kommerzielle Potenzial der Laserkommunikation erkannt und sich in die Branchenkette eingebracht.

● Forschungsfortschritte in den USA

Die USA waren die ersten, die an der Laserkommunikation geforscht haben.

In den 1970er Jahren begannen die USA, die Laserkommunikationstechnologie zu erforschen und entwickelten das weltweit erste Laserkommunikationsendgerät. 1975 erreichte die NASA (National Aeronautics and Space Administration) erfolgreich ein Mond-Erde-Laserkommunikationsexperiment zwischen der Befehlskapsel Apollo 15 und der Bodenstation.

Im 21. Jahrhundert führen die USA weiterhin die Entwicklung der Laserkommunikationstechnologie an.

2014 führte die NASA ein einseitiges Laserkommunikationsexperiment mit einer Downlink-Geschwindigkeit von 50 Mbps zwischen der Internationalen Raumstation und der Erde durch.

Im Mai 2022 arbeitete die NASA mit dem Massachusetts Institute of Technology zusammen und erreichte mit einem kleinen Kubiksatelliten, der mit einem BIRD (Terabyte-Infrarotübertrager) ausgestattet war, eine Laserkommunikationsverbindung zwischen Satellit und Erde mit einer Geschwindigkeit von 100 Gbps, was mehr als 1000 Mal höher ist als die herkömmliche Funkverbindung.

Kleiner Kubiksatellit BIRD

2023 wurde das Deep Space Optical Communication (DSOC)-Projekt der NASA erfolgreich umgesetzt. Bei einer Entfernung von 31 Millionen km zwischen Raumschiff und Erde wurde ein Ultra-HD-Video mit einer Geschwindigkeit von 267 Mbps zurückübertragen. Im Juni desselben Jahres absolvierte das erste bidirektionale Laserrelais-System-Demonstrationsprojekt (LCRD) der NASA das erste Jahr der In-Orbit-Experimente.

Es ist erwähnenswert, dass SpaceX 2020 ein Experiment durchführte. Zwei Starlink-Satelliten übertragen mit ihren eingebauten Laserkommunikationslasten Hunderte von GB Daten, was eine wichtige technische Validierung für die Erstellung ihres eigenen Weltraumnetzwerks darstellte.

Im September 2025 trug ein kanadisches Flugzeug ein optisches Kommunikationsendgerät der amerikanischen General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) an Bord und etablierte eine Verbindung mit einem Low-Earth-Orbit-Satelliten (gehört der kanadischen Kepler Communications) in einer Entfernung von 5470 km. Es wurde erfolgreich eine bidirektionale Hochgeschwindigkeits-Laserkommunikation mit einer Geschwindigkeit von 2,5 Gbps erreicht, was die gesamte Branche aufrüttelte.

● Forschungsfortschritte in Europa

In Europa begann die Forschung auch relativ früh (in den 1980er Jahren).

Anfang des 21. Jahrhunderts, nachdem das In-Orbit-Experiment der kohärenten Laserkommunikation erfolgreich war, startete die ESA (European Space Agency) offiziell das Europäische Datenrelais-Systemprogramm (EDRS). 2019 erreichte die Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen den Satelliten EDRS - A und EDRS - C auf einer 45.000 km langen Strecke 1,8 Gbps.

2024 führte die ESA ein Deep-Space-Laserkommunikationsexperiment durch und erreichte auf einer Entfernung von 1 AU (astronomische Längeneinheit, die den durchschnittlichen Abstand zwischen der Erde und der Sonne darstellt) eine Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Mbps.

In den letzten Jahren haben Länder wie Deutschland, Frankreich und Italien nacheinander mehrere nationale Laserkommunikationsprojekte gestartet, und ihre Absichten sind sehr offensichtlich.

● Forschungsfortschritte in China

Schauen wir uns nun unser eigenes Land an.

Die Forschung an der Laserkommunikation in China begann sehr spät. 2011 wurden in China erstmals In-Orbit-Experimente zur Laserkommunikation zwischen Satellit und Erde auf dem Haiyang - 2 - Satelliten durchgeführt.

Obwohl der Start spät war, hat sich China in den letzten Jahren rasant entwickelt.

2017 absolvierte der Shijian - 13 - Satellit eine bidirektionale Laserkommunikation zwischen einem hochorbitalen Satelliten und der Erde mit einer Geschwindigkeit von 5 Gbps.

2018 absolvierte der Mozi - Quanten - Satellit die Laserkommunikation zwischen Satellit und Erde sowie die Verteilung von Quanten-Schlüsseln, was weltweit große Aufmerksamkeit erregte.

2020 führte China erstmals ein In-Orbit-Experiment zur Laserkommunikation zwischen Low-Earth-Orbit-Satelliten durch. Das Laserkommunikationsmodul, das von der LaserFleet (Shenzhen Aerospace Star Network) entwickelt wurde, konnte eine Kommunikationsdistanz von über 3000 km und eine Geschwindigkeit von 100 Mbps erreichen.

Im Mai 2024 stieg ein Laserkommunikationsmodul, das vom Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics entwickelt wurde, mit dem Wisdom Sky Network - 1 - 01 - Satelliten in den Weltraum auf und erreichte eine Hochgeschwindigkeitsverbindung im Mittelorbit über Tausende von Kilometern.

Im Januar dieses Jahres führte das Aerospace Information Research Institute der chinesischen Akademie der Wissenschaften ein In-Orbit-Experiment zur Laserkommunikation zwischen Satellit und Erde mit einem selbst entwickelten 500 - mm - Durchmesser - Laserkommunikationssystem durch und erreichte eine stabile Hochgeschwindigkeitsübert