之前的一篇文章讨论过水下光学设计．本周，我们将回顾与之截然相反的应用——自由空间光通信(FSO)。与水下光学设计一样，FSO面临的挑战之一是光信号通过高度可变的介质传播。例如，大气湍流产生的临时气袋折射指数略有不同。这些会随机改变激光相位前，产生强度波动和不同的吸收和散射。另一个挑战是收发器元件之间的最佳对齐。这可以通过使用高度定向和狭窄的光束来实现，跟踪接收机上的误差，并产生信号反馈来调整对准。
什么是自由空间光通信?
无线光通信是信号在空气或真空中传播的通信系统。无线光通信如此吸引人的原因之一是，在提供高传输数据的同时，它提供了极大的灵活性和相对较低的部署成本。例如，FSO网络可以配置为点对点、点对多点、多点对点或多点对多点。
缺点是，FSO通信受到上述大气效应的影响，这限制了灵敏度和可实现的数据速率
虽然FSO的领域也包括光学互连和卫星通信，这里我们将集中在两个地面站之间的视线存在的系统。
图1所示。不同类型的FSO通信a)光互连b)点多点室内FSO c)地面FSO d)卫星FSO继Arun K. Majumdar的“光纤无线通信用于全球宽带互联网连接。第4章。爱思唯尔
光学设计
为了合理地设计一个无线光通信系统，我们需要定义需求，包括范围，数据速率和价格。在波长方面，大多数FSO系统工作在750 - 1600 nm的近红外波长范围内。其原因是这些波长的吸收较低，尽管在较长的波长(>5微米)存在额外的发展。
发射光学的主要目的是产生一个合适的波束发散匹配所需的波束直径在接收。如果没有发射光学，光束发散将产生一个太大而不能实际使用的光束(500米距离约200米)。此外，发射光学的一个理想特征是它应该增加最小的像差(特别是球差)。
接收机的主要目标是收集尽可能多的输入信号，并将其与光电探测器或光纤连接。因此，接收器的设计往往比发射器的设计更为关键。一个重要的方面是它的对准公差，即接收端允许偏离光轴的程度。
对于收发器的任一元件，一个常见的解决方案是使用基于望远镜的配置(伽利略或开普勒)，用消色差取代一些单个元件，以减少球面像差。大多数接收器可能有多个输入端口。这些多重输入有助于减少大气像差和衰减的影响，以及一种制造冗余路径和防止光路堵塞的方法。
图2。用于无线光通信系统的激光传输终端。德国航空航天中心(DLR)之后的图片。博士Juraj Poliak
