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：
圖1 衛星雷射光通訊兩大類型
資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊 (2025/03)
（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。
圖2 衛星雷射光通訊酬載關鍵模組
資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊 (2025/03)
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。
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CrossBeam
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SkyLight
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圖3 CACI雷射光通訊設備產品
資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊 (2025/03)
（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。
表1 TESAT產品規格
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。