的实施例中，激光泵浦功是可扩展的，所以每个放大器的信道数量可以调节，以适应带宽的不同需要。所述放大器可以是掺铒光纤放大器(EDFA)、平面型波导(PWG)、拉曼放大器、半导高纵横比芯(SHARC, Sem1-Guiding High Aspect Rat1 Core)光纤激光放大器、其它技术或者以上放大器的组合。
[0038]在一些实施例中，对于商业的商用货架产品(COTS)部分的空间资格、空间硬件的所需方法和COTS部分在地面上的直接使用，商业标准被用在各种可以使用的领域内。在一些实施例中，C波段或者C和L波段光学放大器使用平面型波导(PWG)或相关技术。在一些实施例中，使用国际电信联盟(ITU)为有效负载提供标准的50GHz信道隔离度，并且未来可以简单的更新就可以支持标准提高和商业硬件的发展。在一些实施例中，电源接口被设置为与卫星的(标准的)电源总线相连接，使得本发明的光学硬件在特定功率限制下可以适合“标准的”或已经存在的卫星平台。通常，卫星的光学硬件相对于特定的实施细节来说应当尽量透明和不确定，使得所有这种更新都可以在地面完成。
[0039]多个卫星中的每一个均包括光学电路/硬件，用来在无需将光信号转换为电信号的情况下对接收和发送的光信号进行光学处理和转换。机载硬件从地面和/或一个或多个邻近卫星接收进入的光学数据流，对该数据流做光学更新操作，使用光学开关将更新后的数据流引导到所需的(选择的)输出路径，然后将数据流发送到它的最终目的地(地面和/或一个或多个邻近卫星)。对接收的光学数据流的更新包括再放大(使用光学前置放大器212、主放大器210和功率放大器216)，这些操作都是在光学领域中。这样，对光学数据流的放大是在每一个卫星有效负载内没有转换为电信号的情况下完成的，并且对于数据调制方案是完全透明的。所述机载硬件能够以C波段、L波段和其它光波段工作，并且重塑和重新定相光学数据流。
[0040]在一些实施例中，使用密集波分复用(DWDM)的约50GHz的信道隔离度用于提供至少80个1GHz的信道。然而，更多的信道及每个信道更高的带宽(使用更复杂的调制方案)都是可以实现的，并且在本发明的保护范围内。光学开关矩阵208允许将每个光学输入光学耦合到任何其它输出信道。在一些实施例中，光学开关矩阵208能够将其接受到的任何信号接通每一个输入，包括信道的所有束。在一些实施例中，执行去复用、单个信道电平的转换以及再复用，从而允许对每个单个信道进行转换。当卫星群经过地面站点时，机载光学开关矩阵208还允许建立和更新网络光学路径。
[0041]一个或多个主激光器210作为用于每个卫星上光学信号的放大器链的一部分使用在每一个卫星上。在一些实施例中，所有信道一起复用，主放大器可能需要具有与末级功率放大器一样的功率。在其它实施例中，每一个连接都有自己的放大器链，主放大器需要明显小于末级功率放大器的功率的功率。
[0042]图3是根据本发明一些实施例的光通信信道300的示例性方框图，其中光通信信道300的一部分穿过卫星有效负载。如图所示，在方框302中，地面用户生成光信号。在该生成的光信号被提供给地面终端光学收发器308之前，该生成的光信号在方框304中进行前置放大并在方框306中进行功率放大。地面终端光学收发器308使用一个地面终端望远镜将该被放大后的光信号传送到选定的卫星。被传送的光信号被卫星收发望远镜310接收，并且由卫星前置放大器312和主放大器314放大。然后，该被放大的光信号被机载光学开关315引导到特期望位置，例如，地面终端收发器328或者邻接卫星收发望远镜318。路径选择完后，光学功率放大器316在选定的望远镜的协助下对该光信号再次放大。
[0043]光学交换网络可以有多种形式，包括简单的NXN交叉连接光学开关，该光学开关对光信号内容或跟随有80 X 80无阻塞交叉连接光学开关的去复用器透明，并且该80 X 80无阻塞交叉连接光学开关允许数据流从每个原点到多个终点(目标)分布。在一些实施例中，光学切换网络可以在前置放大器后立即放置，以减少开关控制的功率。在一些实施例中，主放大器和功率放大器可以结合为一个高增益功率放大器。
[0044]当所述光信号被邻近卫星收发望远镜318接收时，该光信号被光学前置放大器320和光学主放大器322放大(在邻近的卫星收发器中)。该光信号被机载光学功率放大器326放大后，机载光学开关324 (位于邻近卫星上)将该信号再引导到地面终端收发器328。在该被接收的光信号被发送到用户334进行进一步处理前，该被接收的光信号被光学前置放大器330和光学功率放大器332放大。在一些实施例中，地面收发器308和328在两个不同的站点处。卫星收发望远镜310、邻近卫星收发望远镜318和地面收发器(望远镜)308和328均能够指向并且追踪他们的目标望远镜，正如在图3中所示的“APT”(获取、指向、追踪)。该光通信信道体系有时也被称为弯管。如上所述，光信号没有被转换为电信号，所以就像光信号仅仅在一个弯管中穿过，该弯管接收该信号并该改变它到另一个地面站点或卫星的传播方向。
[0045]图4是根据本发明一些实施例的机载光学硬件系统400的简化方框图。图4被简化以仅显不光学开关408的一个目的站(destinat1n)。如图所不，输入的光信号被光学扩束器414接收，并被光学前置放大器412前置放大。在一些实施例中，基于链路预算，输入的光信号中的每个进入的比特包含约400个光子。无论是在地面或另一个卫星，为了在下一个阶段达到相同的水平，信号需要被放大大约4百万倍。前置放大的光信号可以接着通过复用器相合并。被末级功率放大器410放大后，单个信道的被合并的信号接着被光学主放大器404放大和被去复用器406去复用，然后被传送到光学开关(交叉开关)408，以通过扩束器414被引导到特定的目的站。在一些实施例中，复用器和去复用器可以被移除，这是因为分开的主放大器被用于每一个前置放大器。
[0046]光学放大器被设计成极低噪音的，使得光子散粒噪声成为主要的噪音来源。光学放大器可以包括一个或多个光学滤波器，以降低来自前一阶段的光信号中可能包括的任何噪声。三个放大阶段是最优选择，即，前置放大器优选用于低噪音，末级功率放大器优选用于插墙式功率效率(电-光转换效率)，而主放大器平衡了两种需要。在一些实施例中，光学扩束器被设置为使用密集波分复用(DWDM)为每个地面站点提供双向的100Gbps(或者更高)的带宽链接。
[0047]在一些实施例中，平面型波导(PWG)激光器被用于全部三种类型的光学放大器，但是也可以使用其它选择，例如，掺铒光纤放大器(EDFA)和半导高纵横比芯(SHARC)光纤激光放大器。例示性的SHARC激光放大器由于2007年8月9日申请的申请号为2009/0041061的共同拥有的美国专利公开，该申请的整体内容在此被明确引用以作为参考。在一些实施例中，扩束器414为具有万向架和快速转向镜(FSM)的1cm上/下扩束器。在一些实施例中，光学前置放大器412能够将输入的信号放大大约4000倍(增益)，并且由每个信道0.25 μ W的输入信号变成每个信道信号输出ImW信号。在一些实施例中，光学主放大器404具有约250倍的增益，并且能够将80个信道中的每个信道0.4mff的输入信号放大到80个信道中每个信道为10mW或者80个信道一共8W的输出信号。在其它的实施例中，设置有多个主放大器，每个主放大器与前置放大器配对，并且输入到N X N光学交叉开关，并且能够获得10个信道中每个信道大约0.4mff的输入信号和10个信道中每个信道10mW或10个信道一共IW的输出信号。在一些实施例中，光学功率放大器410具有大约25倍的增益，并且能够将10个信道中每个信道0.4mff的输入信号放大到10个信道中每个信道IW的输出信号。
[0048]光学(交叉)开关能够执行不同的开关方法，允许完全透明的点对点连接或者更加灵活的所有地面站点之间的网状连接。每一个输入都可以与任意输出相连接而不会阻碍其它输入。在一些实施例中，光学开关使用微电机系统(MEMS)技术，将多个小反光镜根据指令倾斜，从而将每个光信号从它的输入反射到特定的输出。在一些实施例中，使用低损耗压电开关。
[0049]图5是根据本发明一些实施例的机载光学硬件系统500的示例性方框图。在此，扩束器502用于与最近的相邻卫星的卫星间通信，扩束器504用于与下游下一个最近的邻近卫星的卫星间通信。同样地，扩束器506用于与最近的相邻卫星的卫星间通信，扩束器508用于与上游下一个最近的邻近卫星的卫星间通信。在一些实施例中，扩束器502、504、506和508每一个都是多个位置安装有FSM的30cm的ISL扩束器。在一些实施例中，用于与最近的相邻卫星连接的ISL扩束器(502和506)的直径是所述尺寸的一半，即15cm。另夕卜，四个扩束器510用于地面通信，并且两个或更多个额外的光学扩束器512用作冗余的目的。如图所示，每个扩束器都与功率放大器和前置放大器相关联。
[0050]复用器、主放大器、去复用器和光学交叉开关514的功能与图4中所描述的相似。每个放大器可以包括一个或多个光学过滤器以