激光是一种方向性极好的单色相干光，具有光束极窄、方向性极强、发散角很小、工作频率极高等特点，使得激光通信具有通信频带宽、传输速率高、系统容量大、轻便灵活、不需要申请频率使用权、传输保密性好、抗干扰能力强、功耗低和易于小型化等优点。但也具有易受气候影响、仅限于视距传输、跟踪瞄准系统实现复杂等缺点。

激光通信系统包括发送和接收两部分（图1）。发送部分主要包括调制器、激光器、光调制器和光发射器；接收部分主要包括光接收器、光探测器、解调器。在发送端，将要传输的信息送到调制器，完成编码、调制等处理，之后由光调制器将处理后信息调制到激光上，通过光发射器将已调激光信号发送到传输介质，完成信息发射；在接收端，光接收器将已调激光信号接收下来，光探测器将光信号转换为电信号，解调器实现解调、解码等信息解析处理，恢复发端原始信息，完成信息接收。

图1 激光通信系统基本组成图

按照传输介质不同，激光通信分为光纤激光通信和无线激光通信。

以光导纤维为传输介质的激光通信（图2），不会受到大气中的云雾雨雪等自然环境影响，也不会受到自然光等影响，通信质量优异，可以完成高速率数据传输。主要用途包括地面光纤骨干网、板间总线等。

图2 光纤通信系统组成图

以大气为传输介质的激光通信。激光波束窄，高功率、高稳定的激光光源以及收发端视轴对准是无线激光通信双方可靠传输数据的前提。运动平台激光通信系统还需要具备自动跟瞄（APT）功能，主要完成大范围、高概率和快速空间捕获，及两运动平台间高精度视轴对准和动态跟踪。无线激光通信系统由接口子系统、通信子系统、APT子系统、光学天线等构成（图3）。其中，接口子系统主要完成二次电源、功率控制、数据与指令传输等功能；通信子系统由发射、接收处理单元组成，主要完成信息调制解调、信道纠错码、自适应信号处理等，之后完成通信信号的光调制，光解调；APT子系统主要完成大范围、高动态和快速空间捕获，通过APT误差探测器得到通信两端视轴的偏差，由APT控制器控制执行机构，实现两通信平台间高精度视轴对准和动态跟踪，配合电子学伺服控制机构，跟踪精度可达1～10urad（微弧度）的数量级；光学天线作为光发射接收器，完成已调光信号的发射与接收。由于激光频率极高、光束极窄、方向性强、不受常规电磁干扰，具有强抗干扰抗截获能力、易于小型化，无线激光通信技术得到了高度重视。但其受大气和气候环境（云雾雨雪、尘埃、自然光等）影响较大，同时激光束的极高方向性导致动目标间收发瞄准困难。无线激光主要用途包括地面短距离激光通信、星地激光通信等，随着高精度跟踪技术的突破，飞机等高动态平台无线激光通信也得到应用。

图3 包含自动跟瞄（APT）的无线激光通信系统组成图

图4给出了星地激光通信典型应用场景，通过无线激光以每秒吉比特以上的速率，建立类似光纤网络的星际激光通信网（即空中光纤网），星际激光通信网可建立在同步轨道、高椭圆轨道、中轨道和低轨道卫星之间。星际激光通信网络与地面超宽带骨干网结合，构成天地一体化信息传输网络，可为城市、偏远地区提供宽带信息传输服务。

图4 星地无线激光通信典型场景

无线激光通信地面台主要由伺服转台、光学子系统、系统控制子系统组成。其中，伺服转台组成包括驱动电机、速率陀螺仪、角度测量传感器、精密机械等组成；光学子系统主要由激光器、信标光与信号光收发单元等组成；系统总控台由APT控制、转台伺服控制、通信数据管理、电源、热控、接口等组成。

由于激光通信传输速率极高，并兼顾抗电磁干扰及保密性好的特点，在工程领域还具有体积小、功耗低的特征，因此，在军事、民用通信领域各国均在谋求激光通信技术优势。首先空间激光通信在星间通信得到高度重视，随着星际激光通信系统中关键技术日渐成熟、大气激光传输理论和认识的深入以及机载平台重要性的增加，美国、欧洲航天局等发达国家和组织相继开展机载平台激光通信系统及链路研究。2013年，“海洋2号”卫星的成功发射，标志着中国首次实现星－地激光通信。2014年，美国航天局宣布，该机构利用激光束把一段高清视频从“国际”空间站传送回地面，成功完成了一种可从根本上改变未来太空通信的技术演示，这一通信试验名为“激光通信科学光学载荷”（OPALS）。美国军队研究实验室（ARL）为发展机载、地面平台间宽带、昼夜、双向激光通信，重点开展大气自适应光学、大气传输条件下编码技术和高精度跟踪技术等研究。