上期我们讲到，在空间的无线通信当中，相比传统的电波通信，采用空间激光通信，具有通信容量大、可靠性高、保密性好、体积小、质量轻、功耗低、受限制小、建造和维护费用低等优点。这也是为什么国际上要发展空间激光通信的技术，其技术的发展和突破对增强空间信息传输的实时性、安全性以及未来深空探测意义重大。我国已经长期发展过空间激光通信技术，例如早在2011年发射的“海洋二号”卫星就已经搭载了我国自主研发的星地激光通信终端并实现了数据传输，而实践二十号卫星所携带的最新的相关设备则会帮助这项技术进一步发展。不过，这种方法显然也有它的局限性，来自太空中卫星的通信信号在穿过我们头顶的大气层的时候，不可避免的会出现衰减和起伏，这也制约了该技术的使用和发展。

经历7次轨道机动后实践二十号卫星定点（来源：https://www.sdic.com.cn/cn/rootimages/2020/01/06/13420279.jpg）

空间激光通信对空间信息传输的发展意义重大，想要继续发展它就需要更好的抑制不利的影响。那么，地球大气对空间激光通信有什么影响呢？

大气并不是简单的氧气、氮气，而是有复杂的成分，除了多种气体外还有液体颗粒和固体悬浮物，例如杂质颗粒（比如雾霾）、水汽、二氧化碳、臭氧和一些微量气体，它们数量虽少（加起来只有1%），却是影响我们今天讨论的效应的主要部分。

大气成分示意图，主要适用于25千米高度以下（自绘）

激光在大气中传播，受大气中各种气体和其他悬浮粒子的散射和吸收，以及大气湍流的影响，衰减得很快，表现为光强闪烁、光束漂移、抖动等现象。对于能量较大的强激光，还有出现一些特别的效应，不过我们这里不过多讨论。

（1）大气对激光有散射。对于散射，一个很直观的例子就是天空的蓝色是由大气分子散射蓝色的光造成的。而激光也不可避免受到这一效应影响，不同大小的气体分子、烟尘以及各种形态的水（水汽、水滴等）都会产生影响。粒子尺寸很小的时候属于一种叫做瑞利散射的作用，天空的蓝色就是光的这种散射。在近地面的散射叫做米氏散射。散射现象会影响通信过程中接收到的光强大小。

（2）大气对激光有吸收。激光在大气中传播，大气中的气体分子和大气悬浮颗粒会吸收光能，转化为热能，会导致到达接收机的光强变弱，影响光传输的距离。

另外大气对传输光的频率有连续谱的吸收，水汽是常讨论的一种吸收。我们的激光通信就需要选择光的透过率比较高的频段作为大气窗口，通信领域常用的大气窗口有0.8μm、1.06μm、1.55μm、10.6μm。

大气透过率和激光波长的关系，

透过率较高（接近100）的频段就是适合通信的窗口

（来源：刘坤明《大气对激光通信影响及抑制技术研究》）

（3）大气湍流会引起激光的闪烁现象。由于复杂多变的温度、天气等因素，大气中的微粒和分子的随机性变化很复杂，会导致大气折射率随时间和空间无规律的变化，当激光通过处于不稳定的湍流状态下的大气时，光波的参量也会变化并影响传播质量，出现强度闪烁、光束漂移、到达角起伏以及空间相干性退化等现象。这些很明显会影响到通信连接（中断）以及通信质量（干扰）等。

以上这些效应不仅会引起正在通信中的信号的衰减乃至恶劣天气下的通信中断、干扰，而且对激光束精度的影响也会影响通信频段的选择、发射和接收点之间的瞄准，这对设备的稳定性和精度也产生了更大的要求。

留言区·精选

@心湖

大气会对激光产生扰动，大气层中的水蒸气等还会吸收激光，云、雾霾、烟还会遮挡激光！

@Zero Willing

我觉得大气对激光通信的影响主要有以下两点：
第一就是大气对光线的吸收，会使得激光通信的信号强度衰减。
第二就是大气中的湍流会使得激光在大气中在不同时间向不同方向折射，造成闪烁和抖动现象，增加了噪声，也难以准确定位目标。

@Wassili

天气状况制约了通讯时长，大气透明度，湿度，悬浮颗粒物，视宁度（对流运动的影响明显）都会影响信号。造成强度衰减（吸收，反射，散射）信号失真，接收终端失焦等一系列问题