空间激光通信技术可作为一种应急通信方案，应用于抗震救灾、突发事件、反恐、公安侦查等领域。受益于带宽大、传输快及成本低的优势，空间激光通信技术逐步成为解决信息传输“最后一公里”和第五代移动通信技术（5G）小微基站传输的最佳选择。目前，空间激光通信技术已在多种链路成功开展了试验，如卫星/地面、卫星/卫星、卫星/飞机、飞机/飞机、飞机/地面及地面站间等。美国、欧洲、日本、中国和俄罗斯等国家和地区在空间激光通信关键技术领域均已取得突破，且进行了多项试验验证，积极推动空间激光通信技术的实际应用。
1 国外主要发展现状
（1）美国
美国是世界上开展激光通信研究最早的国家，其中最具有代表性的机构有美国宇航局（NASA)、美国弹道导弹防御组织（BMDO)、美国空军研究实验室（AFRL)、加州理工大学喷气动力实验室（JPL）、麻省理工学院林肯实验室（MIT)、TherMo Trex、Ball Aero Space等公司也开展了相关研究工作。
2000年，NASA依托喷气推进实验室完成了激光通信演示系统（OCD）试验；2013年10月的月球激光通信演示验证计划（LLCD）实现了月球轨道与多个地面基站4×105 km的激光双向通信，月地最大下行和上行速率分别达到622 Mb/s和20 Mb/s；2017年11月，NASA创新型1.5 U立方体卫星的“激光通信与传感器演示”（OCSD）项目对未来小型卫星的高速率激光数据传输技术进行了验证，星地链路下行速率最高达到2.5 Gb/s。
2021年12月7日，NASA将搭载激光通信中继演示（LCRD）卫星发射到距离地球约35406km的轨道上，测试激光通信能力。LCRD是该机构首次对双向激光中继系统进行技术演示。2022年5月，NASA证实LCRD已准备好进行为期两年的实验。这些实验用于测试和改进激光系统。NASA、其他政府机构、学术界和工业界提供的实验正在测量大气对激光通信信号的长期影响，评估该技术对未来任务的适用性，以及测试在轨激光中继能力。
2022年5月25日，作为探路者技术演示3号（PTD-3）任务的一部分，搭载于PTD-3立方体卫星中的太字节红外传输（TBIRD）系统从卡纳维拉尔角空军基地随SpaceX火箭发射升空。TBIRD将展示NASA有史以来最快卫星激光链路，以每秒200 Gbps速度传输下行数据。新的激光通信技术能一次发回TB级数据，就像从拨号上网切换成高速宽带网络。这让NASA更深入地了解小型卫星上的激光通信能力。
2023年初，集成LCRD低轨激光通信中继演示用户调制解调和放大终端（ILLUMA-T）将随为国际空间站提供补给任务的SpaceX火箭升空，为轨道实验室提供激光通信服务，并为空间站的宇航员增强数据通信能力。ILLUMA-T将从空间站的实验中收集信息，并以1.2 Gb/s的速度将数据发送给LCRD。按照这个速度，一部长篇电影可以在一分钟内下载。LCRD将把这些信息传递给夏威夷或加利福尼亚的地面站。ILLUMA-T和LCRD将携手合作，成为首个演示近地轨道到地球同步轨道到地面通信链路的激光系统。
光通信（O2O）系统将在阿尔忒弥斯2号任务期间随美国宇航局的猎户座飞船把激光通信技术带到月球。当50多年来宇航员首次重返月球时，O2O将能够发射高分辨率的图像和视频。阿尔忒弥斯2号将是第一个展示激光通信技术的载人月球飞行任务，以每秒260兆的下行速度将数据发送到地球。
美国宇航局空间激光通信技术发展如图所示。
（2）欧洲
欧洲的主要国家和地区也较早地开展了空间激光通信技术的研究。具体有：欧洲航天局（ESA）在2001年实施半导体激光星间链路试验（SILEX）项目，首次验证了低轨道（LEO）卫星至地球同步轨道（GEO）卫星间的通信；2008年，德国航空航天中心（DLR）利用Tesat开展了GEOLEO远距离空间激光通信在轨原理试验验证，传输距离为45000 km，天线口径为135 mm，采用的是1.06μm载波的二进制相移键控（BPSK）相干技术，最高速率达5.625 Gb/s，误码率小于10–8；2015年，德国建立了车载自适应光学通信地面站，实现了车载自适应激光通信终端与LEO的高速率传输，传输速率为5.625 Gb/s，同时实现了与地球同步卫星Alphasat激光通信终端之间带宽为2.8125 Gb/s、有效速率为1.8 Gb/s的双向激光通信。
2016年1月，欧洲数据中继系统（European Data Relay System，EDRS）的首个激光通信数据中继有效载荷EDRS-A搭载在欧洲通信卫星Eutelsat9B上进入地球静止轨道。EDRS系统包括3颗GEO卫星，每个卫星都搭载激光通信有效载荷（EDRS-A、EDRS-C及EDRS-D），以实现星际信息传输。EDRS-A包含一个用于光学星间链路的激光通信终端（Laser Communication Terminal，LCT）和一个用于星地链路的Ka波段无线电发射机。该LCT是前期德国TerraSAR X卫星与美国NFIRE卫星所搭载的LCT的升级版，通过增加激光发射功率、增加接收光学口径和适当降低通信速率来补偿长距离引起的大空间损耗。其主要性能指标为：通信距离为45000 km，激光发射功率为5 W，接收发射天线口径为135 mm，通信速率为1.8 Gbps，通信制式为BPSK，激光波长为1064 nm。同年6月，EDRS-A与LEO卫星“哨兵-1A”进行了激光通信，接收了来自“哨兵-1A”的图片数据，然后通过Ka波段无线电发射机回传至地面，地面接收到的图片如图所示。
2019年8月EDRS-C搭载Hylas-3发射升空，进入地球静止轨道（轨位31E），进一步提升了EDRS系统的能力。预计2025年补充第三颗卫星EDRS-D构成“全球网”，EDRS-D将配置3套激光终端，可将亚太地区数据传回欧洲，通信距离为80000 km，通信速率为3.6 Gbps，波长兼容1550 nm和1064 nm，届时EDRS系统将实现全球数据中继服务。
2024年，ESA计划将一颗空间气象卫星发往日地拉格朗日点5（L5），进行太阳风暴的预测等研究。其上搭载深空光通信系统（Deep-space Optical Communication System，DOSC），对深空到地面的激光通信技术进行在轨验证，同时用于对高分辨率的太阳图像进行传输。DOSC支持通信距离1.5亿千米，下行通信速率为10 Mbps，上行1 kHz正弦波（主要是为了减轻上行光和下行光的闪烁干扰），通信制式为16 PPM，天线口径为200 mm，下行波长为1550 nm，上行波长为1064 nm；地面接收口径为4 m（1 m的光学口径作备用，同时速率下降到625 kbps），地面发射使用4束直径为10 cm的光束，每束600 W，上行主要是为了进行捕获、对准和跟踪，不进行数据的传输。
预计2025-2026年期间，ESA对高通量光学网络系统（High thRoughput Optical Network，HydRON）进行在轨演示验证。HydRON旨在将空间光传输网络无缝地连接到地面大容量网络基础设施中，形成所谓的“空中光纤”，演示系统如图所示。
（3）日本
日本已经开展了一系列星地激光通信演示验证，如工程试验卫星（ETS-VI，1995-1996年）计划和光学在轨测试通信卫星（OICETS，2003/2006年）计划都完成了激光通信测试，实现了世界首次LEO卫星与移动光学地面站间的激光传输。另外，日本的相关研究已逐步向激光通信终端小型化、轻量化、低功耗方向发展，如通过空间光通信研究先进技术卫星计划（SOCRATES），并在2014年完成了小型光学通信终端（SOTA）对地激光通信在轨测试，SOTA总质量仅为5.8 kg，最远通信距离达1000 km，下行通信速率为10 Mb/s。
2020年11月29日，日本宇航探索局（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）着手开发的日本数据中继卫星系统（Japanese Data Relay System，JDRS-1）发射升空。JDRS是一种新的光学数据中继卫星，通过卫星间光链路和Ka波段馈线链路提供1.8 Gbps数据中继服务，以满足日益增长的高速数据传输需求。该项目的任务包括开发GEO光学终端、建立地面设施和开发LEO光学终端。LEO光学终端将搭载在JAXA的光学观测卫星“先进光学卫星”（Advanced Optical Satellite）上。光数据中继系统的演示将在这两颗卫星之间进行，如图所示。JDRS主要参数：通信速率为1.8 Gbps（返向）/50 Mbps（前向），通信波长为1540 nm（返向）/1560（前向），通信制式为RZ-DPSK-DD（返向）/IMDD（前向），天线口径为15 cm（GEO）/10 cm（LEO），捕获时间小于60 s，其中返回方向是指从LEO卫星通过数据中继卫星返回地面站，前向与返回方向相反。计划的任务期限是10年，在此期间，JDRS还将支持与JAXA的其他LEO航天器间的通信。
