本發明屬于信息通信技術領域，具體涉及一種基于光陰極的高重頻x射線源與激光器的聯合通信技術，該通信系統可以實現>100mhz的傳輸帶寬，主要應用于激光通信方式或x射線通信方式各自無法獨立實現的通信鏈路中，如電磁屏蔽的密閉空間、真空環境等傳統通信方式難以實現的復雜環境中，也可用于空間通信鏈路與星地通信鏈路中。

背景技術：

通信技術是實現信息傳輸與交互的重要手段，應用中主要分為有線通信技術和無線通信技術。目前有線通信主要以光纖為傳輸介質的光通信技術最為常見，無線通信主要以微波通信技術和激光通信技術為主，技術成熟度都比較高。

微波通信技術是指利用頻率為0.3-300ghz范圍內的電磁波進行通信，主要有移動通信、中繼通信、空間光通信等?？臻g光通信是指利用激光作為信息的載體，通過光纖或者在自由空間進行遠距離通信，其中空間光通信主要用在衛星與衛星或者衛星與地面站之間通信。

與微波通信技術相比，激光通信技術的主要優勢在于：頻帶寬，傳輸速率高，若采取點到點的組網方式，傳輸速率可達155mbit/s-10gbit/s(地面光纖通信帶寬可達1gbit/s)，信息容量大，使傳輸數據更加豐富；發射光束窄，方向性好，能量密度大；抗電磁干擾強，保密性好，誤碼率低；天線尺寸小，功耗低，集成度高等諸多優點。

然而激光通信技術仍然存在很多難以克服的缺陷：星地激光通信鏈路中激光傳輸將通過大氣層，湍流效應會引起激光光場振幅和相位的波動，導致系統誤碼率增大；在空間通信鏈路當中，空間背景光對系統影響嚴重，會導致空間光通信接收端噪聲增大，誤碼率增大；遠距離傳輸衰減嚴重，盡管光通信具有發射光束窄、能量密度高等特點，但在遠距離傳輸條件下，由于光束發散而接收角有限，導致能量損失嚴重。因為衛星通信鏈路與地面通信鏈路最主要的區別在于衛星鏈路的傳輸距離很長，輻射信號的強度與信號傳輸距離的平方成反比，所以衛星信號在空間長距離傳輸之后強度衰減十分嚴重，另外，激光通信需要復雜的光學系統，受空間惡劣環境影響其壽命有限及抗干擾能力較差。因此，發展傳輸距離更長、功耗更小、抗干擾能力更強、性能更優的新型空間通信技術迫在眉睫。

x射線由于波長短，穿透能力強，美國henke博士研究發現當x射線光子能量大于10kev時，在太空中幾乎是無衰減的傳輸，因此可望在較小的體積、重量、功耗下實現遠距離傳輸。美國航空航天局于2007年首先提出了利用x射線實現空間衛星飛行器點對點的通信概念(keithgendreau,firstx-raycommunicationsystemdemonstrated[j].goddardtectrends,2007,3(4):3-4)，由于x射線光子頻率很高(>10¹⁷hz)，因此x射線通信的帶寬比微波通信更大，良好的穿透能力使其通信系統具有比傳統通信方式更高的保密性和抗干擾能力。美國航天局已經將x射線通信衛星發射列入2018年發射計劃，國內主要以中國科學院西安光學精密機械研究所趙寶升等人為代表，提出了一種基于柵極控制脈沖x射線源的空間x射線通信系統，僅在實驗上證明了10khz的調制頻率。然而，x射線通信雖然具有穿透能力強、保密性好等優點，但在地面等非真空環境中衰減非常厲害，因此只能應用在某些特殊的區域。另外，如何克服x射線源的更高頻率調制是現有技術無法解決的難題。

技術實現要素：

基于以上背景技術，本發明提供了一種激光-x射線聯袂通信系統及方法，利用x射線的特點彌補激光通信保密性差、穿透能力不足等問題，進一步拓展了激光通信和x射線通信技術的應用范圍，能夠實現＞100mhz的傳輸帶寬，主要用于密閉電磁環境、真空環境等傳統通信方式難以實現的復雜環境中，也可用于空間通信鏈路與星地通信鏈路中。

本發明的技術解決方案為：

激光-x射線聯袂通信系統，其特殊之處在于：包括沿信號傳輸方向依次設置的數字信號發射源、信號調制器、第一半導體激光器、轉換裝置、光電探測器和信號解調器；

數字信號發射源用于將輸入通信系統的模擬信號轉換為數字信號；

信號調制器用于將所述數字信號加載至第一半導體激光器上；

第一半導體激光器發射攜帶所述數字信號的激光信號至所述轉換裝置；

轉換裝置包括交替設置的n個用于將激光信號轉換為x射線的激光→x射線轉換模塊和n個用于將x射線轉換為激光信號的x射線→激光轉換模塊；首個激光→x射線轉換模塊的輸入端為所述轉換裝置的輸入端，最后一個x射線→激光轉換模塊的輸出端為所述轉換裝置的輸出端；n為大于等于1的自然數；

光電探測器用于識別轉換裝置輸出的激光信號并轉換為電信號；

信號解調器用于解調光電探測器輸出的電信號，解調后轉換成模擬信號輸出。

基于上述基本技術方案，本發明還作出以下優化限定：

上述激光→x射線轉換模塊包括真空外殼、一個激光入射窗、光陰極、磁聚焦透鏡、陽極靶和一個x射線出射窗；激光入射窗和x射線出射窗相對設置在真空外殼的兩個端面上，磁聚焦透鏡套裝在真空外殼上位于光陰極和陽極靶之間，光陰極和陽極靶安裝在真空外殼內；光陰極和陽極靶均采用透射式；光陰極通過鍍電極加載50-100kv的負高壓；陽極靶的一端接地；激光信號穿過激光入射窗后打在光陰極上，光陰極產生光電效應發射光電子，光電子經過磁聚焦透鏡進行聚焦后打在陽極靶上產生x射線，x射線通過x射線出射窗出射，出射的x射線攜帶有所述數字信號。

上述激光→x射線轉換模塊還包括設置在真空外殼內，位于光陰極和陽極靶之間的電子倍增器，電子倍增器上加有直流負高壓；所述光電子先通過電子倍增器進行電子倍增后再進行聚焦。

上述激光入射窗上鍍有增透膜；x射線出射窗采用鈹窗或鈦窗；磁聚焦透鏡采用電磁線圈或磁鐵；電子倍增器采用微通道板；陽極靶采用高原子序數材料；光陰極材料主要依據第一半導體激光器發出的激光波長選取，且光陰極材料應具有較高的量子效率，對真空度要求較低。

上述激光→x射線轉換模塊包括真空外殼、激光入射窗、激光出射窗、兩個反射鏡、光陰極、磁聚焦透鏡、陽極靶和一個x射線出射窗；激光入射窗和激光出射窗相對設置在真空外殼的側面；兩個反射鏡設置在激光入射窗和激光出射窗之間，兩個反射鏡之間的空隙應保證反射電子不受阻擋；x射線出射窗設置在真空外殼的側面；磁聚焦透鏡套裝在真空外殼上位于反射鏡和陽極靶之間，光陰極和陽極靶安裝在真空外殼內；光陰極和陽極靶均采用反射式；光陰極通過鍍電極加載＞100kv的負高壓；陽極靶的一端接地，采用液體循環冷卻方式冷卻；激光信號穿過激光入射窗后通過其中一個反射鏡反射打在光陰極上，然后通過光陰極反射至另一個反射鏡后從激光出射窗出射；光陰極產生光電效應發射光電子，光電子經過磁聚焦透鏡進行聚焦后打在陽極靶上產生硬x射線，x射線通過x射線出射窗出射，出射的x射線攜帶有所述數字信號。

上述激光入射窗上鍍有增透膜；x射線出射窗采用鈹窗或鈦窗；磁聚焦透鏡采用電磁線圈或磁鐵；陽極靶采用高原子序數材料；光陰極材料主要依據第一半導體激光器發出的激光波長選取，且光陰極材料應具有較高的量子效率，對真空度要求較低。

上述x射線→激光轉換模塊包括電磁屏蔽腔室、設置在電磁屏蔽腔室上的x射線入射窗、激光出射窗和設置在電磁屏蔽腔室的第二半導體激光器以及為第二半導體激光器供電的直流電流源；x射線穿過x射線入射窗加載到第二半導體激光器中，通過激光腔內調制轉換為激光信號后從激光出射窗出射，出射的激光信號攜帶有所述數字信號。

上述第二半導體激光器的激光波長為通訊波長時，所述光電探測器采用超快激光探測器或者電子倍增管。

上述聯袂通信系統還包括設置在x射線→激光轉換模塊和激光→x射線轉換模塊之間的中繼激光放大器，中繼激光放大器用于對激光信號進行放大和補償。

本發明同時提供了一種激光-x射線聯袂通信方法，包括以下步驟：

1)搭建上述激光-x射線聯袂通信系統，根據實際通信環境配置轉換裝置中激光→x射線轉換模塊和x射線→激光轉換模塊：

在無法利用激光實現信號傳輸的通信鏈路、電磁屏蔽的密閉環境、真空環境或者短距離非真空環境中設置激光→x射線轉換模塊將激光信號轉換為x射線進行信號傳輸；

在無法利用x射線實現信號傳輸的通信鏈路、長距離非電磁屏蔽的密閉環境或者長距離非真空環境中，設置x射線→激光轉換模塊將x射線轉換為激光信號進行信號傳輸；

2)將待傳輸的模擬信號轉換為數字信號；

3)將所述數字信號加載至第一半導體激光器上，通過第一半導體激光器發出的激光信號進行傳輸；

4)第一半導體激光器發出的激光信號傳輸至轉換裝置進行激光-x射線轉換/相互轉換，最終由轉換裝置中最后一個x射線→激光轉換模塊輸出攜帶所述數字信號的激光信號；

5)識別和解調步驟4)最終輸出的激光信號，解調后將激光信號中攜帶的數字信號轉換成模擬信號輸出。

進一步地，上述步驟4)中激光-x射線轉換/相互轉換的過程中，若激光信號變弱，可利用中繼激光放大器對激光信號進行放大補償。

本發明的優點：

1、本發明結合x射線通信和激光通信方式的各自優勢，由x射線通信彌補激光通信保密性差、穿透能力不足等問題，進一步拓展了激光通信和x射線通信技術的應用范圍，且利用激光和x射線各自的特點可以根據通信鏈路環境靈活組網，較現有x射線通信和激光通信應用范圍更廣，且很容易實施。

2、本發明采用激光→x射線→激光相互轉換的技術思路，保密性好，誤碼率低。在信息化不斷加強的時代，信息安全越來越重要，尤其在軍事領域更是如此。我們所提出的x射線發射裝置可以封閉在電磁密閉空間內實施，激光和電磁信號都無法穿透，而x射線可以穿入穿出金屬層(如鈹、鈦窗)，保證信號收發端均不受干擾，安全性更好。

3、通信速率高

相比現有x射線源，本發明將激光作為核心載體，使得傳輸速率和調制速率都達到最高，相比現有柵極控制等技術思路在通信速率上具有明顯的優勢。本發明的x射線源是基于光陰極直流加速腔的x射線源(即激光→x射線轉換模塊)具有比現有其他x射線源高得多的重頻，激光的調制速率也更高，容易實現高的通信帶寬。目前技術下我們已經研制實現了80mhz以上重頻(可調)，光子能量大于100kev的x射線源。另外，由于激光的重頻通?？烧{，因此相應的通信帶寬也可調，對于對帶寬要求比較低的如聲音信號，可以轉換到低帶寬模式下運行，其明顯的好處就是，低重頻帶來更強的x射線單脈沖強度，進而可以在相同的探測系統下具備更遠距離的傳輸能力。

4、可級聯

當采用合適的激光波長時，可以實現級聯轉換的系統，如在空間站內部采用激光傳輸，而空間站以外采用x射線傳輸，可以根據具體要求任意轉換，信號變弱時，可以利用現有激光通信的中繼激光放大器進行放大補償。

附圖說明

圖1是本發明的激光-x射線聯袂通信系統的原理示意圖；

圖2是本發明的激光→x射線轉換模塊方案一的結構示意圖；

圖3是本發明的激光→x射線轉換模塊方案二的結構示意圖；

圖4是本發明的激光-x射線聯袂通訊系統應用布局示意圖；

附圖標記說明：

1-接收端，2-數字信號發射源，3-信號調制器，4-第一半導體激光器，5-激光→x射線轉換模塊，6-光電探測器，7-信號解調器，8-信號輸出端；9-x射線→激光轉換模塊；

501-激光入射窗，502-真空外殼，503-陽極靶，504-陶瓷絕緣柱及電極支架，505-x射線出射窗，506-電子倍增器，507-水(乙二醇)冷機，508-反射鏡，509-磁聚焦透鏡，510-光陰極；511-激光出射窗；

901-電磁屏蔽腔室，902-x射線入射窗，903-第二半導體激光器，904-激光出射窗，905-直流電流源。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步描述：

參見圖1，本發明所提供的激光-x射線聯袂通信系統包括沿信號傳輸方向依次設置的數字信號發射源2、信號調制器3、第一半導體激光器4、轉換裝置、光電探測器6和信號解調器7。

轉換裝置包括交替設置的n個用于將激光信號轉換為x射線的激光→x射線轉換模塊5和n個用于將x射線轉換為激光信號的x射線→激光轉換模塊9；首個激光→x射線轉換模塊5的輸入端為所述轉換裝置的輸入端，最后一個x射線→激光轉換模塊9的輸出端為所述轉換裝置的輸出端；n為大于等于1的自然數；激光→x射線轉換模塊5和x射線→激光轉換模塊9的數量n和位置可根據實際通信環境靈活配置，形成級聯通信模式：

當無法利用激光實現信號傳輸的通信鏈路和/或需要在電磁屏蔽的密閉環境、真空環境或者短距離真空環境中通信時，可設置激光→x射線轉換模塊將激光信號轉換為x射線進行信號傳輸；

當無法利用x射線實現信號傳輸的通信鏈路和/或需要在長距離非電磁屏蔽的密閉環境或者長距離非真空環境中通信時，可設置x射線→激光轉換模塊將x射線轉換為激光信號進行信號傳輸。

激光→x射線轉換模塊5有兩種結構形式，具體為：

第一種：

參見圖2，激光→x射線轉換模塊5包括真空外殼502、激光入射窗501、光陰極510、磁聚焦透鏡509、陽極靶503和x射線出射窗505；激光入射窗501和x射線出射窗505相對設置在真空外殼502的兩個端面上，磁聚焦透鏡509套裝在真空外殼502上位于光陰極510和陽極靶503之間，光陰極510和陽極靶503安裝在真空外殼502內；真空外殼502內還置有陶瓷絕緣柱及電極支架504，分別用于加速電極的高壓絕緣處理和承載光陰極510；光陰極510和陽極靶503均采用透射式；光陰極510通過鍍電極加載50-100kv的負高壓形成直流加速段；陽極靶503的一端接地，可采用自然冷卻方式冷卻。激光信號穿過激光入射窗501后打在光陰極510上，光陰極510產生光電效應發射光電子，光電子經過磁聚焦透鏡509進行聚焦后打在陽極靶503上產生硬x射線，x射線通過x射線出射窗505出射，此時出射的x射線攜帶有所述數字信號。這種結構形式的激光→x射線轉換模塊主要用于低能x射線需求的情形，電子峰值能量在50-100kev，x射線能量處在10-30kev范圍內。

當激光能量較弱時，可在位于光陰極510和陽極靶503之間的電子倍增器506(例如電子微通道板)，光電子先通過電子倍增器506進行電子倍增后再進行聚焦；由于電子倍增器506上加有直流負高壓，因此電子倍增器506出射后的電子數目和能量都會較大幅度的提高，倍增后的電子經過光陰極510負高壓提供的直流加速段進行最后加速達到50kev以上能量。

第二種：

參見圖3，激光→x射線轉換模塊5包括真空外殼502、一個激光入射窗501、一個激光出射窗511、兩個反射鏡508、光陰極510、磁聚焦透鏡509、陽極靶503和一個x射線出射窗505；

激光入射窗501和激光出射窗511相對設置在真空外殼502的側面；兩個反射鏡508設置在激光入射窗501之間，兩個反射鏡508之間的空隙應保證反射電子不受阻擋；x射線出射窗505設置在真空外殼502的側面；磁聚焦透鏡509套裝在真空外殼502上位于反射鏡508和陽極靶503之間，光陰極510和陽極靶503安裝在真空外殼502內；在真空外殼502內還設置有陶瓷絕緣柱及電極支架504，分別用于加速電極的高壓絕緣處理和承載光陰極510；光陰極510和陽極靶503均采用反射式；光陰極510通過鍍電極加載＞100kv的負高壓；陽極靶503的一端接地，需采用水(乙二醇)冷寂507進行液體循環冷卻；激光信號穿過激光入射窗501后通過其中一個反射鏡反射打在光陰極510上，然后通過光陰極510反射至另一個反射鏡后從激光出射窗511出射；光陰極510產生光電效應發射光電子，光電子經過磁聚焦透鏡509進行聚焦后打在陽極靶503上產生硬x射線，x射線通過x射線出射窗505出射，出射的x射線攜帶有所述數字信號。這種結構形式的激光→x射線轉換模塊主要用于更高能的x射線(>30kev)且激光能量較高時的情形。

這里需要說明的是，激光出射窗511的位置可以根據需要設置，只要滿足入射至激光→x射線轉換模塊中的激光最終能夠出射即可。本發明將激光出射窗511設置在激光入射窗501對面，這樣可以降低兩個反射鏡508的安裝要求，而且只需一個支架就能固定兩個反射鏡508。

上述兩種結構的激光→x射線轉換模塊中：激光入射窗501根據入射激光波長進行選材并在激光入射面上鍍增透膜；x射線出射窗505均采用金屬材料，起到真空密封和電磁屏蔽的作用，并且材料的類型和厚度設計需要考慮其對x射線強度的衰減問題，設計中應盡可能降低對x射線的衰減，優選材料為鈹(be)和鈦(ti)；磁聚焦透鏡509均可采用電磁線圈或磁鐵用于電子束聚焦；陽極靶503均采用高原子序數材料，例如鎢或鉭；光陰極510材料選取標準主要依據第一半導體激光器4發出的激光波長，且光陰極510材料應具有較高的量子效率，對真空度要求較低，主要有金屬和半導體，例如mg、cu、cste和gaas等；出射的x射線峰值能量由直流加速電壓即光陰極510上加載的負高壓決定，且連續可調。

x射線→激光轉換模塊9包括電磁屏蔽腔室901、設置在電磁屏蔽腔室901上的x射線入射窗902、激光出射窗904和設置在電磁屏蔽腔室901內的第二半導體激光器903以及為第二半導體激光器903供電的直流電流源905，第二半導體激光器903工作在閾值附近(即將第二半導體激光器903的的電流設置在閾值電流附近)；x射線穿過x射線入射窗加載到第二半導體激光器903中，通過激光腔內調制轉換為激光信號后從激光出射窗904出射，出射的激光信號攜帶有所述數字信號。

第二半導體激光器903的激光波長為通訊波長(1550nm)時，光電探測器6可采用超快激光探測器(或者電子倍增器)實現激光→x射線的轉換，在超快激光探測器信號接收端需要加入高通濾波器，保證探測器對直流光和低頻噪聲沒有響應。

超快激光探測器主要包含光電轉換器件和信號放大器件，其目的是為了將激光信號轉換為電信號，這與目前激光通信一樣，都需要利用解調器還原為模擬信號，所以在信號的最末端必須進行光電轉換。超快激光探測器的選擇方面需要考慮“x射線-激光轉換模塊9”產生的信號的幅度，當距離較遠時光信號較小，因此需要考慮放大。選擇的時候首先是對待測激光的波長能響應，其次是光電轉換后信號不能失真，所以應當選擇較高帶寬的探測器。

第一半導體激光器4可采用的532nm的nd:yag固體激光器或短波長的半導體激光器，優先采用功耗更低、體積更小的半導體激光器，半導體激光器的激光波長須與轉換裝置中激光→x射線轉換模塊的光陰極510材料的選擇相適應，即對于選定的光陰極510材料能提供最優的量子效率并兼顧其使用壽命。

信號調制器3根據所選第一半導體激光器4類型不同分為兩種，對于半導體激光器，優先采用電流腔內調制的方式；對于固體激光器則需要采用電光調制器實現激光腔外調制，另外激光調制前通常需要進行光束整形，旨在優化光陰極510出射的電子束品質。

本發明的工作過程：

聲音、圖像等模擬信號從通信系統的接收端1輸入后首先通過數字信號發射源2進行數字化為數字信號，然后將該數字信號通過信號調制器3加載到第一半導體激光器4上；當需要利用x射線通信時，將第一半導體激光器4發射的激光信號傳輸至轉換模塊中的激光→x射線轉換模塊5，由激光→x射線轉換模塊5將其轉換為x射線；當需要將x射線通信模式轉換為激光通信模式時，將激光→x射線轉換模塊5輸出的x射線入射到x射線→激光轉換模塊9中，轉換為激光信號；轉換裝置最終輸出的激光信號通過光電探測器6探測獲取并轉換為電信號后輸出，再利用信號解調器7實現電信號的解調后轉換為聲音、圖像等數據，完成一次信號的通信過程。

考慮到在激光-x射線通信模式相互轉換的過程中，激光信號有時候會變弱，本發明在x射線→激光轉換模塊9和激光→x射線轉換模塊5之間設置用于對激光信號進行放大和補償的中繼激光放大器。

本發明同時提供了一種激光-x射線聯袂通信方法，包括以下步驟：

1)根據實際通信環境配置轉換裝置中激光→x射線轉換模塊5和x射線→激光轉換模塊9，搭建激光-x射線聯袂通信系統：

在無法利用激光實現信號傳輸的通信鏈路、電磁屏蔽的密閉環境、真空環境或者短距離真空環境中設置激光→x射線轉換模塊將激光信號轉換為x射線進行信號傳輸；

在無法利用x射線實現信號傳輸的通信鏈路、長距離非電磁屏蔽的密閉環境或者長距離非真空環境中，設置x射線→激光轉換模塊9將x射線轉換為激光信號進行信號傳輸；

2)將待傳輸的模擬信號轉換為數字信號；

3)將所述數字信號加載至第一半導體激光器4上，通過第一半導體激光器4發出的激光信號進行傳輸；

4)第一半導體激光器4發出的激光信號傳輸至轉換裝置進行激光-x射線轉換/相互轉換，最終由轉換裝置中最后一個x射線→激光轉換模塊9輸出攜帶所述數字信號的激光信號；在激光-x射線轉換/相互轉換的過程中，若激光信號變弱，可利用中繼激光放大器對激光信號進行放大補償；

5)識別和解調步驟4)最終輸出的激光信號，解調后將激光信號中攜帶的數字信號轉換成模擬信號輸出。

本發明中應用于實現局部小空間內x射線通信時，由于x射線需要傳輸的距離一般較短，因此通常進行一次激光→x射線轉換就可實現聯袂通信。這也是本發明最大的應用需求，即對現有激光通信系統應用難點進行有力補充。

本發明結合空間激光通信技術應用于空間通信時，在通信鏈路中需要考慮遠距離傳輸的問題。利用x射線實現遠距離傳輸需要克服三個關鍵技術，首先是單脈沖x射線的強度越強越好，其次是發散角越小越好，另外就是要求x射線→激光轉換模塊9的轉換效率足夠高，通信距離由激光→x射線模塊轉換效率、轉換模塊級聯、x射線→激光模塊轉換效率決定。

首先考慮x射線→激光轉換模塊9，即x射線發射源。目前西安光機所趙寶升團隊報道的10khz重頻下，其最高出射電子數為671個，按照韌致輻射30％的轉換效率，所得到的x光子數只有223個，如果再通過聚焦準直等損耗，最終到達探測器的光子數非常有限，因此其柵極控制方式基于熱陰極發射電子的思路難以實現遠距離傳輸的需要。而基于本發明的技術思路，采用cste和gaas等高量子效率的光陰極，容易實現ma量級的流強；以cste光陰極為例，平均電子流強按照1ma，10khz下單脈沖電子電荷量可達到1nc，在沒有加電子倍增器進行電子倍增的情況下，電子數目可到6.25×10⁹個/脈沖，按照30％的轉換效率，單脈沖x光子數可達到1.87×10⁹個，遠遠高于現有水平。如果按照我們的更高的帶寬估計，重頻增大到1mhz，單脈沖電荷量可達到10pc，電子數目相應降低兩個量級，所得x射線光子數約為10⁷個/脈沖，可見我們的x射線單脈沖光子數可以做到更高，對x射線→激光轉換模塊9的轉換效率要求也相應降低。另外，當采用量子效率較低的光陰極時(如cu光陰極510)，則本發明中的x射線通信系統可以用于地面光纖通信無法實現的短距離通信鏈路需求，光陰極的設計和材料選擇具體根據不同的應用場景進行系統詳細的優化設計。

高重頻帶來高通信帶寬也是本發明的一大優勢。對于高傳輸帶寬下的情形，防止信號脈沖的畸變非常重要，出射的x射線信號與激光入射脈沖信號相比，會出現一定的脈沖展寬，主要有三個因素：光電子發射與倍增過程、電子打靶產生x射線的韌致輻射過程和電子直流加速過程。由于前兩個過程的時間結構都在亞ps量級，因此對于10mhz及以下的調制速率完全可以忽略，而光電子加速過程中引起的脈沖信號展寬為

其中：e為陽極靶503與光陰極510之間的電場強度；光電子能量彌散為δεe，主要由激光時空分布以及光陰極510材料厚度決定；me為電子有效質量?？梢娫诒ＷC高壓絕緣的前提下，相同加速距離下電壓越高帶來的彌散量越小。本發明加速電壓通常設置在50kv—100kv,由于光電子是按照余弦分布出射，所以電子時間彌散控制主要通過控制光電子的空間分布來實現，具體可以通過數值模擬設計優化光陰極510靶，容易獲得小于100fs量級的脈沖展寬量，總的脈沖展寬量可以控制在ps以下，這對于高速通信系統是可以忽略的。

可見，本發明可以兼容目前空間x射線通信的基本需求。由于本發明的x射線單脈沖光子數足夠高，因此可以采用x射線對第二半導體激光器903腔內調制方式實現x射線→激光的轉換功能，采集x射線承載的信息，再利用光電探測器6實現光電轉換即可，轉換效率方面，實驗證明，對于10kev以上的x射線，x射線→激光轉換模塊9電流靈敏度約為10^-17c·cm²,與半導體探測器靈敏度相當，可以用于x射線信號的采集；另一方面，在真空遠距離通信場景時，也可以采用mcp直接測量x射線信號，相當于只采用本發明的激光→x射線轉換模塊的功能，實現空間x射線通信需求。

對于遠距離傳輸等系統實用性方面，本發明的級聯模式具有非常獨特的功能。以空間通信為例，當x射線由于發散在一定距離處發生粒子數降低時，我們可以先將x射線轉換為激光，再通過設置在中繼衛星中的中繼激光放大器將信號進行保真放大，然后再轉換為x射線進行傳輸。隨著空間中繼衛星數目的不斷增多，這種處理方案更加簡單易行。另外，對于空間站等載人航天器，其內部需要盡可能降低射線劑量，因此希望航天器內部需要采用常規的激光通信方式，此時，本發明聯袂通信的優勢將進一步體現，通過對x射線信號的一收一發即可完成信息通訊。

圖4則展示了本發明在地面通信和空間通信的基本模式，地面依然使用現有光通信系統，外空間主要采用x射線通信方式，聯袂通信與現有空間激光通信系統可以直接兼容，對射線通信進行功能補充，進而實現地面和太空的全空間、實時、聯合通信的能力。

最后，需要指出的是，考慮到空間宇宙射線的干擾，在本發明應用在空間通信領域時，實際系統搭建中，還需要引入其他探測器進行波形甄別，或者采用探測器屏蔽等手段去除偽信號，這里暫不作詳細介紹。