美国是最早开始卫星激光通信研究的国家，其研究最早可追溯到20世纪60年代。20世纪80年代中期，麻省理工学院开展了星间激光传输实验LITE，成功研制了相干激光通信样机并完成了地面验证试验，证明了空间相干激光通信的可行性。该样机使用半导体激光器，工作波长为865nm，输出功率为30mW，采用外差探测体制，通信速率达到221Mbps。20世纪90年代初，喷气推进实验室成功研制了星间激光通信演示系统OCD，该系统包括两套激光通信终端，调制格式为OOK。
20世纪90年代，林肯实验室开始了STRV-2实验系统的研究，目标是实现LEO卫星与地面站间的双向激光通信，设计通信距离为500km~2000km，通信速率为155Mbps~1.24Gbps。2000年该项目先后进行了17次试验，但由于星历精度和卫星的姿态控制误差过大等原因，试验中未能实现星地链路的捕获和跟踪，最终项目以失败告终。
2001年5月18日，美国国家侦查局NRO的技术实验卫星GEOLITE发射升空，该卫星搭载了试验用激光通信终端，NRO对外宣称实验取得了圆满成功，但未见详细报道。2013年，月球激光通信演示项目LLCD实现了月地激光通信试验，试验中采用的调制方式为PPM，上下行通信速率分别达到20Mbps和622Mbps，最远通信距离超过400000km。LLCD项目示意图如图1-1所示。
图1-1 美国LLCD项目示意图
在LLCD的基础上，美国启动了激光通信中继演示验证项目LCRD，目标是实现高低轨卫星间光通信及高轨卫星与光学地面站之间的中继通信，工作示意图如图1-2所示。LCRD激光终端采用DPSK兼容PPM调制方式，激光波长为1550nm，通信速率能够达到2.88Gbps。
图1-2 LCRD系统工作过程示意图
此外，美国的卫星激光通信技术验证项目还有火星激光通信演示系统MLCD、深空激光通信终端项目DOT、深空光通信项目DSOC、太字节红外传输计划TBIRD等。
在继续进行卫星激光通信技术验证的同时，美国的卫星激光通信正在从试验阶段向应用阶段转化。如图1-3所示，Space-X公司于2021年1月发射的“星链”卫星上搭载了激光通信载荷，用于星链卫星间的通信。
图1-3 “星链”卫星上的激光通信载荷
1977年，欧空局开始研制用于空间激光通信的调制器，标志着欧洲对空间激光通信技术的研究正式启动。1985年，ESA提出了半导体激光星间链路实验项目SILEX，用于在轨验证星间激光通信的可行性。该项目研制了两台激光通信终端，名为OPALE和OPSTEL, 通信波段为800nm，采用IM/DD体制，终端结构示意图如图1-4所示。
图1-4 SILEX激光通信终端结构示意图
1998年3月及2001年7月，两台终端分别搭载于法国的低轨地球观测卫星SPOT-4和ESA的地球同步轨道卫星Artemis发射升空，图1-5为正在集成至卫星的激光通信终端。
图1-5 正在集成的激光通信终端：OPALE(左) OPSTEL(右)
2001年11月21日，两颗卫星之间成功完成了世界上首次高轨卫星与低轨卫星之间的星间激光通信试验，试验示意图如图1-6所示。此后，欧空局又利用两颗卫星完成了低轨卫星与高轨卫星之间的上下行单向通信实验，通信速率分别达到2Mbps和50Mbps，链路距离达到45000km，误码率优于10-6。
图1-6 SILEX计划中高轨卫星与低轨卫星之间通信示意图
2005年8月23日，搭载日本研制的LUCE激光通信终端的空间激光通信工程实验卫星OICETS成功发射入轨，进入预定的太阳同步轨道。同年12月9日，LUCE与Artemis卫星上搭载的OPALE激光通信终端成功进行了世界上首次星间双向激光通信实验，示意图如图1-7所示。本次实验中激光波长为830nm，通信链路距离为45000km，上下行通信速率分别为2.048Mbps和5Mbps。
图1-7 OICETS-Artemis激光通信实验示意图
2006年12月8日，欧洲航空航天防务公司利用Artemis卫星开展了与飞机间的双向激光通信实验，该实验计划名为Lora，实验示意图如图1-8所示。此次实验最终实现了同步轨道卫星与飞机间的双向实时激光通信，通信速率为50Mbps，链路距离达到40000km。
图1-8 Lora计划激光通信实验示意图
2007年4月23日和2007年6月15日，美国NFIRE卫星和德国TerraSAR-X卫星发射升空，两颗卫星均搭载了相干激光通信终端，其中TerraSAR-X卫星上的激光通信终端由德国Tesat公司研制，如图1-9所示。
图1-9 TerraSAR-X卫星搭载的激光通信终端
2008年2月，NFIRE卫星和TerraSAR-X卫星成功完成了世界上首次星间相干激光通信实验，证明了星间相干激光通信具有可行性。两颗卫星之间的通信链路示意图如图1‑10所示。实验中采用BPSK调制/零差探测体制，通信波长为1064nm，通信链路距离最远达到6000km,通信速率最高达到5.625Gbps,误码率优于10-9。
图1‑10 NFIRE卫星与TerraSAR-X卫星间的通信链路示意图
在成功完成相干激光通信终端在轨试验后，欧空局启动了欧洲数据中继系统(European Data Relay System,EDRS)项目，计划以激光通信链路为载体，为低轨卫星提供数据中继服务。EDRS系统的示意图如图1-11所示。
图1-11 EDRS系统示意图
2016年1月和2019年8月，EDRS系统的两颗GEO卫星Eutelsat9B和Hylas-3成功发射，两颗卫星上均搭载了激光通信载荷，并在之后完成了与LEO卫星Sentinel-1A间的激光通信。通信链路距离为45000km，通信速率达到1.8Gbps，通信体制为BPSK，激光波长为1064nm。预计2025年EDRS系统将补充第三颗GEO卫星EDRS-D，进一步构成“全球网”，实现全球数据中继服务。
除了现有激光通信演示验证项目外，欧空局还计划在2024年的空间环境认知计划的空间天气任务中进行深空光通信系统DOCS试验，通信体制为16PPM,目标是实现1.5亿千米通信距离下，拉格朗日点L5到地面站通信速率达到10Mbps。2025年-2026年，欧空局计划进行高通量光学网络系统HydRON的在轨演示验证，目标是实现卫星光网络与地面大容量网络基础设施的无缝连接，系统示意图如图1-11所示。
图1-12 HydPON系统示意图
与美国和欧洲相比，日本的卫星激光通信研究开始较晚，但进展迅速，且取得了一定的成果。1994年8月28日，搭载邮政省通信研究室研制的激光通信设备LCE的日本ETS-VI卫星成功发射，并在此后成功开展了卫星与地面间的激光通信演示试验，这是世界上首次成功进行的GEO卫星与地面间的星地激光通信试验，通信速率为1.024Mbps。日本于1992年开始了名为OICETS的空间激光通信工程实验卫星计划，其中包括LUCE激光通信终端。2005年8月23日， LUCE终端发射升空。4个月后，OICETS卫星与Artemis卫星成功实现了世界上首次星间双向通信试验。随后，OICETS卫星又多次成功完成了与地面站的双向激光通信。
2009年，日本信息通信研究机构NICT启动了小型光通信终端计划SOTA，目标是设计制造轻量化激光通信载荷，其实物图如图1-11所示。该终端采用强度调制/直接探测体制，通信波长为980nm和1550nm，通信速率能够达到10Mbps。2014年5月，SOTA终端搭载SOCRATES卫星发射升空，并于8月至11月开展了星地激光通信试验。
图1-13 SOTA系统实物图
2011年，NICT的双波段数字零差相干光通信接收机研制成功，兼容1064nm和1550nm的强度调制和BPSK调制，在采用BPSK调制时，采用数字信号处理技术恢复信号相位。2013年，日本宇宙航空研究开发机构JAXA进行了LEO卫星和GEO卫星之间的相干激光通信试验，并采用科斯塔斯环对多普勒频移进行了补偿。2020年11月，日本成功发射地球同步轨道激光数据中继卫星系统(Japanese Data Relay System,JDRS)，旨在通过星间光学链路和星地Ka链路实现后续发射的ALOS-3和ALOS-4低轨对地观测卫星与地面站之间的数据中继，系统工作示意图如图1-14所示。
图1-14 JDRS系统示意图
如图1-15所示，JDRS卫星与ALOS-3及ALOS-4卫星均搭载由NEC公司研制的LUCAS激光通信终端。系统设计前向链路波长为1560nm，采用IM/DD体制，速率可达到50Mbps，返向链路波长为1540nm，采用DPSK调制，通信速率达到1.8Gbps。
图1-15 LUCAS激光通信终端:JDRS卫星激光通信终端（左）；ALOS-3与ALOS-4卫星激光通信终端（右）
2021年，NICT启动了先进激光仪器高速通信项目HICALI，目标是实现地球同步轨道高通量卫星与地面站间的高速通信，系统示意图及卫星所搭载的激光通信终端如图1-16所示。设计下行波长为1540nm，采用NRZ-DPSK调制，上行波长为1560nm，采用RZ-DPSK调制，通信速率达到10Gbps。
图1-16 HICALI系统示意图及激光通信终端
与美欧日相比，我国对卫星激光通信的研究起步相对较晚，基础较为薄弱，但是近年来随着国家的重视和各大科研院所的加大投入，目前已经取得长足的进步，并先后开展了多次在轨验证试验。
2011年8月16日，海洋二号卫星成功发射，卫星上搭载了国内首个星载激光通信终端，该终端由哈尔滨工业大学研制，采用IM/DD体制。同年10月和11月，卫星成功完成了星地激光链路的稳定跟踪和LEO卫星与地面间的激光传输试验，实现了我国星地激光通信试验零的突破，通信速度达到504Mbps。2016年~2017年，我国利用搭载于墨子号卫星上的激光通信终端成功进行了星地相干激光通信技术试验，试验示意图如图1-17所示。试验中使用的星载激光通信终端由上海光机所牵头研制，上行链路采用PPM调制，通信速率为20Mbps，下行链路采用DBPSK相干调制，通信速率达到5.12Gbps，通信波长为1550nm。
图1-17 墨子号卫星星地激光通信试验示意图
2018年1月，哈尔滨工业大学利用搭载在实践十三号卫星上的自研激光通信终端实现了国内首次GEO卫星与地面站的双向激光通信试验，该终端支持单路0.6Gbps、1.25Gbps、2.5Gbps三档通信速率切换，通过波分复用可实现最高5Gbps的数据传输速率。北斗三号M11/M12、M17/M18、M19/M20、M21/M22等卫星上也搭载了激光通信终端，并在之后实现了国内第一次星间激光通信在轨试验，通信速率可达到1Gbps。2020年，实践二十号卫星与位于丽江的光学地面站成功进行了世界上首次QPSK相干体制的星地激光通信试验，搭载于卫星上的激光通信终端由中国空间技术研究院西安分院研制，通信速率能够达到10Gbps，创造了在轨激光通信速率的世界记录。
2024年12月，长光卫星技术股份有限公司使用自主研制的车载激光通信地面站，与吉林一号平台02A02星星载激光终端开展了国内首次星地激光100Gbps超高速高分辨率遥感影像传输实验并取得成功。
2025年3月18日，北京极光星通科技有限公司通过光传01/02试验星成功开展了国内首次在轨星间400Gbps超高速激光通信数据传输试验并取得成功，该激光通信终端兼容相干、非相干通信体制，支持10Gbps、100Gbps、400Gbps多档通信速率。