水下蓝绿激光通信技术帮助潜艇提升战斗力

潜艇发展到现在依然无法成为海战的主角，以潜制海理论一次次的破产根本原因并不在潜艇的作战性能不强大，而是因为潜艇在水下无法对外通信。虽然这个结论并不绝对，例如也可以用长波进行通信，但长波电台天线太过巨大，水面舰艇和飞机都无法安装，因此水面舰艇雷达和预警机都无法将感知到的战场态势实时传输给潜艇。此外长波的能量传输效率太低，只能进行简单通信，完全达不到作战协同要求。

就连美军在遂行反潜作战时，都要求潜艇和反潜机进行严格的责任区划分，以免反潜机误伤潜艇。而潜艇在现代海战中遇到最多的情况则是根本不知道对手在哪，只能蹲守在海里撞运气，一旦上浮就被对方的反潜力量抓住胖揍，因此潜艇更多承担的任务是破坏交通线而非参加海战。

如果能有一种有效的对潜通信，那就完全不一样了。潜艇可以利用自身隐蔽性藏在深水里穿插到航母下方，跟踪攻击航母，那么以潜制海的时代也许真要来临了，而这种技术目前已经出现，它叫做蓝绿激光通信技术！

蓝绿激光通信技术原理

光是一种电磁波，因此也就具备了所有电磁波都拥有的特性，雷达波在空气中传播时会拥有一个窗口，例如X波段的雷达传播距离要小于L波段的雷达，这是因为空气里因为空气分子运动含有大量的杂波。越靠近杂波分布中心，则信号被干扰的越厉害，也就无法传输更远，这种现象叫波在信道传输中的衰减。在水中也有同样的问题，大多数的光线在水中传输的距离极为有限，水底几十米就变暗了。

按照波长的不同，衰减的程度也不同，特别是对于0.48μm波段的蓝绿光，水体衰减只有0.001db/m，这几乎可以忽略。经测算，这一波段的光波在海底传播距离甚至可以达到600米深，而目前大多数潜艇作战一般都是在30-300米的深度区间，完全可以满足通信传输需求因此蓝绿激光可以作为水下通信的手段。而激光也像其他电磁波一样可以对其进行调制、编码，携带数字的和模拟的信号进行通信，且因为其波长短，频率高，传输速度和容量都远大于一般的电磁波。

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激光通信发射系统构造图

蓝绿激光通信的实现方法

蓝绿激光通信具有这么多优点，但在具体运用时却没有那么简单。激光传输路径一般是直线，而潜艇作战区域则距离陆地较远。在近海时，激光可以由高空无人机或者大型飞机向预定水域发射，但当潜艇行驶的过远时，则只能采取卫星。发射方式一般采取直接发射和反射两种，前者是利用平台直接向特定水域发射通信激光，后者则是经过数次反射到达既定区域，例如地面站向卫星发送激光，激光再利用反射镜面对该激光进行反射，使其传输到特定水域实现通信。

实现蓝绿激光通信的关键

和一般通信一样，蓝绿激光通信也是由发射机、传输通道、接收机三部分组成的。蓝绿激光通信发展早期，科学家们一般采取Nd t YAG固体，发射波长为1.064μm，经过转换后成为0.532μm波段适应了水下传输通道。80年代，准分子XeCI激光器出现，其最终可以输出0.459μm的蓝光，最佳传输通道对准性更好，平均功率大于20W，但因为氯气对电路板有腐蚀且设备较大，因此机载和星载途径难以实现。后来体积小、重量轻、高功率、长寿命的二极管泵浦固体激光器和原子共振滤光片的先后研制成功, 使得将激光器装在卫星和飞机上成为可能，美军的E-6水星对潜通信飞机便是实现了机载蓝绿激光通信。

激光在水中衰减虽然小，但是其要达到接收机无论如何都要经过空气，空气中的二氧化碳、水蒸气、悬浮微粒和臭氧分子都会吸收其能量，造成衰减，在云层和大气湍流里传播更加复杂，激光会出现多径效应和发散。即便是在水中，发散效应和散射也是不可避免的，这就需要建立不同的数学模型，以便实时调整激光发射的角度、强度，方向、频率等特征以减少衰减。

最后是激光接收机，要求其要具有很高的灵敏度，在深海散射的情况下，既要能感应到微弱的激光，又要能将蓝绿激光与太阳光、海底、空气噪声里的杂波从真正的信号里过滤出来，使用铯原子共振滤光器很好的解决了这个问题。

各国发展趋势

除了对潜通信以外，蓝绿激光通信还在反水雷和水雷战中具有神奇的作用。反水雷作战对海底成像是最大的难题，但蓝绿激光成像的质量要远远优于目前普遍使用的声呐，海湾战争期间使用“海妖”直升机携带ML-60激光探测器寻找水雷，投入四天就找到了总数达之前7个月总和的12%。此外如果把这种装置装在水雷上，就可以有效的操控水雷何时爆炸，而战后则可以让引爆它们防止误炸自己。

美军和苏军上世纪就开始了该技术的研制，现代有取得了不小进展。美军在波音飞机改造的E-6水星就是专门控制弹道导弹核潜艇，北约在上世纪90年代也已经验证了对潜激光通信技术的可行性，目前美军已经有专门对潜进行通信的卫星激光搭载设备。

激光对潜通信的技术瓶颈也是十分明显的，激光波束窄。其从近地轨道射向海面后，即使发散角可以到2°，投影面积也才几十公里，大海茫茫，这点面积下面可不一定有潜艇，因此采取的措施都是利用传统的长波电台联系粗略定位以后再使用激光通信手段精确通信。但即使是这样，在天气不好时也无法确保通信质量和定位精度。

我国目前对潜激光通信属于重点建设的国防科技领域，主要由哈工大、清华、北大、电子科技大学负责研发，目前已经制作出了性能优良的激光器通信终端，相信距离真正部署运行为时不远。（来源：科普中国）