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一、衛星雷射光通訊分為空對空、空對地兩大類別

自由空間光通訊（Free-Space Optics；FSO）是利用光在空氣、外太空、真空等自由空間中行進，用來傳遞訊號的無線光通訊技術。近年來，低軌衛星蓬勃發展，透過衛星傳輸數據、通訊或遙測影像的需求增長。過往太空使用依靠射頻（Radio Frequency；RF）的無線電（Radio）通訊系統；未來，就像地球上光纖取代銅線一樣，將提升到「雷射光通訊（Laser Optical Communication）」系統，以提高數據傳輸量及速率，符合現今的需求。衛星雷射光通訊種類分為以下兩大類型應用：
 

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊 (2025/03)
圖1 衛星雷射光通訊兩大類型
 

（一）空對空

空對空的衛星間通訊（Inter-Satellite Links；ISL），主要用於同軌道、多軌道衛星之間，或是衛星與其他太空載具之間的傳輸。根據NSR（Northern Sky Research）在2022發布的報告，2021至2031年，衛星間雷射光通訊（Laser Optical Inter Satellite Link；OISL）所使用的ISL設備的年複合成長率將到達47%，預估在2031年市場規模達到21億美元。

（二）空對地

空對地（Direct-to Earth；DTE）傳輸，主要用於衛星和地面站之間傳輸之外，也可用於太空中的衛星與飛機、無人機、高空平台基地台（High Altitude Platform Station；HAPS）的傳輸。光學DTE設備的產值相對較低，NSR在2022發布的報告中，2031年市場僅預估在120萬美元左右，主要因為從衛星到地球傳輸過程中，容易受到大氣層的干擾，也有氣候因素需要克服，因此目前相關技術成熟度較低，商業模式待驗證。

二、雷射光通訊設備關鍵模組組成與設計原理

衛星雷射光通訊依據工作流程及對指向精準度的要求，從光訊號產生、光束控制、光訊號對準追蹤到訊號接收，所需的光通訊酬載關鍵模組，包含：訊號產生裝置、被動式光學模組、自動追蹤光訊號模組、追蹤信標模組以及訊號接收模組。
 

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊 (2025/03)
圖2 衛星雷射光通訊酬載關鍵模組
 

訊號產生裝置主要負責產生並調變要傳輸的光訊號，包含雷射模組、訊號調變模組及光放大模組。雷射的穩定性是決定光通訊傳輸品質的重要因素，雷射模組包含半導體雷射、溫控與散熱裝置，用於產生光訊號；訊號調變模組則將資料訊號調變到光波上，以進行傳輸；光放大模組負責增強光訊號的強度，使其在長距離傳輸中維持訊號強度。

被動式光學模組對光束進行控制和引導，確保光訊號的傳輸和接收方向正確。準直透鏡組會將發出的雷射光束準直化，在雷射光學領域中，雷射光束需要準直化，確保光線彼此平行傳播，不會向不需要的方向分散，在長距離內亦保持不發散；分色鏡組用於分離不同波長的光，確保不同訊號之間不會互相干擾；光束擴束裝置將光束擴大，增加其覆蓋範圍或準確性。

自動追蹤光訊號模組，確保在衛星或移動平台上的發送和接收裝置對準。雪崩光電二極體接收器（Avalanche Photodiode；APD）用於高靈敏度接收微弱光訊號，轉換為電訊號；快速轉向鏡子（Fast Steering Mirror；FSM）精準調整光束的方向，確保發射端和接收端保持對準；位置感測器（Position Sensing Detectors；PSD）監控光束的位置，是反饋控制系統提供數據。

追蹤信標雷射設計與光學架設，由雷射信標提供追蹤用的參考、定位訊號，使接收器能鎖定發射端位置，確保接收端能精確地定位到發射端的光訊號。光學架設則確保雷射信標與接收裝置精確對準。

訊號接收模組負責接收並解調由發射端傳來的光訊號，將其轉換為可讀取的電訊號。主要組件為接收器，包含光電二極體等設備，負責將接收到的光訊號轉換成電訊號，並進行解調處理，將數據還原。

三、衛星雷射光通訊以安全和傳輸量大為主要優勢

巨型星系衛星營運業者包含SpaceX、Amazon Kuiper和Telesat都規劃或已導入衛星雷射光通訊功能，此外，又以政府國防單位為主要採用者，透過採購或合作，取得相關業者所開發的雷射光通訊設備。這些單位主要著重以下雷射光通訊所帶來的優勢：

1. 發散程度低且安全性高

雷射光通訊的光束發散角非常小，表示光線可以在較長距離內保持高度集中的束狀傳輸。無線電波在傳輸過程中相較之下會有較大的發散，導致訊號能量的擴散和降低。

而雷射光通訊高度集中的傳輸方式，帶來兩個應用面的優點：首先，是更精確的數據傳輸，由於光束發散程度小，雷射光通訊的資料傳輸可以更精準地對準目標，降低能量浪費。其次，由於光束發散少且集中，使得攔截雷射光訊號的難度遠高於無線電波，提高資訊安全，防止數據被非法截取或干擾。

2. 傳輸速度快

目前傳輸速率已可以達到數百Gbps，比目前最先進太空無線電系統更快10～100倍，這種高速傳輸對於現代衛星，尤其是在資料傳輸需求成長的應用中非常重要。

首先，可以應用於高速資料傳輸；例如遙測衛星收集的數據量越來越龐大，僅依賴無線電系統可能無法快速有效地傳輸資料，而雷射光通訊的高傳輸速率，使得這種龐大的數據量得以迅速處理。另外，光纖通訊技術的發展已經相對成熟，光纖通訊的相同波長、雷射、光放大器相關的許多經驗和技術，可轉換應用於衛星自由空間光通訊，加快技術推廣和落地。

3. 申請程序少

與無線電通訊不同，雷射光通訊不需要使用有限的頻譜資源，因此也無須透過政府申請頻譜許可。如此能簡化部署光通訊系統的程序，特別是對於國際間衛星通訊、跨境數據傳輸，省去繁雜的頻段分配問題。衛星通訊系統可以在全球更靈活且迅速部署，適應不同的營運需求。

4. 大量資料傳輸

雷射光通訊的頻寬遠大於無線電波，因此可以在相同時間內傳輸更多的數據，非常適合應對新一代衛星技術所帶來的龐大數據傳輸需求。例如，遙測衛星的新技術「合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar；SAR）」，生成大量數據難以僅靠傳統無線電波來傳輸，雷射光通訊成為解決此問題的關鍵技術。

5. 成本低

雷射光通訊每位元數據的傳輸成本較低，可以大幅節省營運成本，特別是針對大量資料傳輸需求。此外，雷射光通訊所需的天線尺寸通常較小，在減少「尺寸、重量和功率（Size, Weight and Power；SWaP）」方面有優勢。較小的天線和設備重量，也同時讓衛星更輕，功耗更低，進而降低整體設備和發射成本，對於衛星通訊系統設計更高效很重要。

然而，自由空間光通訊最大的挑戰，就是對天氣條件的敏感性，尤其是在降雨、濃霧或降雪等惡劣天氣下，光訊號會受到嚴重的衰減甚至中斷，這在DTE中最為明顯。在特定情形下，自由空間光通訊仍需要仰賴其他備份通訊系統（如無線電），來確保數據的連續傳輸。除了天氣，地球的大氣層也會對光訊號產生影響，電離層和對流層中的微粒、氣體分子、塵埃等，會導致光訊號的散射和吸收，削弱訊號的強度。

此外，雷射光的發散角比RF小得多，帶來優勢的同時，也造成雷射光通訊具有極高的指向性需求，發射和接收端必須對準得非常精確才能進行有效通訊。因此，衛星雷射光通訊需要高精度指向控制；如空中衛星的姿態控制系統必須非常精確，以保證光通訊的發射和接收端對準。同時，衛星在軌道運行中，不可避免地受到來自太空環境的微震動影響，衛星的震動、漂移等可能會干擾光束的穩定性，影響通訊品質，因此雷射光通訊又需要抗震動干擾的設計。

四、近期主要國際業者動向分析

（一）美國CACI

美國光學終端設備供應商CACI被認為是美國最強的光通訊終端製造商，主打低風險的光通訊能提供衛星更安全、可靠和具韌性的通訊，可支援各種軌道和深太空探索作業。透過減小SWaP以及抗干擾能力，實現低偵測/截收率（Low Probability of Detection/ Interception）。

目前主要的OISL產品為「CrossBeam」以及「SkyLight」。CrossBeam鏈結距離可達6,750公里、速率達2.5 Gbps，重量10公斤。是為了美國太空發展局（Space Development Agency；SDA）衛星交叉鏈路設計，搭配專利的發射和接收光學設計，以及CACI高效modem的技術，可針對各種鏈路連結應用客製化。

SkyLight鏈結距離達1,000公里、速率100 Mbps，重量1.6公斤，是一個超低SWaP的系統，提供衛星交叉鏈路、上下行鏈路功能，並且是一個整合資料處理、發射、擴大、接收的系統，具有透過波束控制的功能，不需透過衛星方向來維持鏈路。可支援ISL或DTE兩大類型傳輸方式。
 

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊 (2025/03)
圖3 CACI雷射光通訊設備產品
 

（二）德國TESAT

德國Tesat-Spacecom公司（TESAT）的雷射光通訊產品，主打其特點：防竊聽安全性、高資料傳輸速度，以及具發送量子金鑰（Quantum Key Distribution；QKD）的可能性。包含美國政府SDA衛星的傳輸層和追蹤層，以及DARPA的Blackjack計畫，都採購TESAT的設備。2024年9月，SDA委由SpaceX製造的兩顆衛星，成功使用TESAT的光通訊終端交換數據，也是SDA目前唯一成功執行在軌傳輸的光通訊設備 ，並且在100秒內連接，維持數個小時。

從表1 TESAT產品規格來看，目前雷射光通訊設備，從低軌、中軌、高軌之間的鏈路到DTE，廠商都已有參與開發，適用衛星包含立方衛星、小型衛星至中大型衛星，採取相對應的設備規格。速度越快、傳輸距離越長，相應的重量及耗電量也越高。至於波長部分，則多數採取波長1,064 nm或1,550 nm進行傳輸。
 

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊 (2025/03)
 

五、結論

傳統的衛星通訊採用RF訊號，容易受到駭客攻擊，例如竊聽、竄改或使其中斷服務等，存在相當高的風險，且資料傳輸速率將無法因應逐漸成長的通訊或遙測需求。目前，許多國際大型星系營運商皆有OISL導入規劃，亦有政府的國防應用和太空探索應用；衛星雷射光通訊逐漸成為大型星系和國防星系採用焦點趨勢，主要著重其雷射光通訊安全、傳輸量大、快速的特性，更有廠商加入QKD的功能開發，進一步因應量子電腦的發展，使其安全性再次提升。

而DTE的成熟度相對較低，若要實際使用，有待更精良的技術以克服干擾阻礙，例如傳至地面時必經的「天氣干擾」為迫切需要解決的問題。無論是OISL或是DTE，我國業者若要進入相關設備開發，可以參考國際開發方向，著重安全與資料大量傳輸的應用趨勢，同時藉由ICT產業的製造經驗，與我國學界研究與開發經驗，共同參與衛星雷射光通訊設備製造。
 

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)