專利名稱：雙焦距平行光管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及星間激光通信，特別是一種用于激光通信終端的地面檢測(cè)和驗(yàn)證裝置中的雙焦距平行光管。
背景技術(shù)：
星間激光通信終端的地面檢測(cè)和驗(yàn)證通常采用平行光管的手段來(lái)進(jìn)行。在星間激光通信終端捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)性能的檢測(cè)和驗(yàn)證裝置中，平行光管用來(lái)接收或發(fā)射通信、信標(biāo)激光。為了檢測(cè)星間激光通信終端的捕獲、跟蹤性能，要求平行光管具有大的視場(chǎng)。為了對(duì)星間激光通信終端的跟蹤和瞄準(zhǔn)精度進(jìn)行檢測(cè)、驗(yàn)證，要求平行光管具有長(zhǎng)的焦距以提高其角分辨率。在一定的口徑條件下，平行光管要增大其視場(chǎng)，必須縮短其焦距并降低其角分辨率。而增大平行光管的焦距，在提高其分辨率的同時(shí)將減小平行光管的視場(chǎng)。在單一焦距的平行光管中，長(zhǎng)焦距與大視場(chǎng)是一對(duì)相互矛盾的參數(shù)。
在先技術(shù)[1](參見Bernard Laurent，Gilles Planche.Silex overviewafter flight terminals campaign.Proc.SPIE，Vol.2990，1997，10-22)中描述的TTOGSE(Terminal Test Optical Ground Support Equipment)用于SILEX(Semi-conductor Inter-satellite Link EXperiment)的激光通信終端的靜態(tài)光學(xué)性質(zhì)和瞄準(zhǔn)性能測(cè)試。TTOGSE由大口徑平行光管和各種光學(xué)測(cè)量?jī)x器組成。TTOGSE中的平行光管為單焦距結(jié)構(gòu)。承載平行光管的測(cè)試臺(tái)裝配于由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的定向架上，利用定向架的旋轉(zhuǎn)使平行光管可沿雙軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)被測(cè)星間激光通信終端在其整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)的檢測(cè)。轉(zhuǎn)動(dòng)平行光管等效地?cái)U(kuò)大了平行光管的視場(chǎng)，但是檢測(cè)和驗(yàn)證裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
在先技術(shù)[2](A.Biswas，K.E.Wilson，N.A.Page.Lasercom test andvaluation station(LTES)developmentan update.Proc.SPIE，Vol.3266，1998，2-32)描述的星間激光通信終端檢測(cè)和驗(yàn)證平臺(tái)LTES中，平行光管采用反射式的單焦距光路，其主鏡口徑和焦距分別為250mm和4.13m。在檢驗(yàn)星間激光通信終端的捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)性能時(shí)，安放被測(cè)激光通信終端的平臺(tái)由雙軸微步進(jìn)馬達(dá)控制而沿雙軸精密旋轉(zhuǎn)，以降低平行光管視場(chǎng)的要求。通過(guò)采用旋轉(zhuǎn)被測(cè)激光通信終端實(shí)現(xiàn)被測(cè)通信終端在其整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)的檢測(cè)，也使檢測(cè)和驗(yàn)證裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
在先技術(shù)[3](K Nakagawa，A Yamamoto.Engineering model test ofLUCE(Laser Utilizing Communication Equipment).Proc.SPIE，Vol.2699，1996，114～121)描述的星間激光通信實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證系統(tǒng)GOAL(GroundOptical Assistance for LUCE)用來(lái)檢測(cè)LUCE的性能。GOAL采用單焦距的平行光管，由于平行光管的視場(chǎng)比較有限，GOAL不能測(cè)試捕獲時(shí)間。捕獲時(shí)間的測(cè)試使用目標(biāo)終端模擬器TTS(Target Terminal Simulator)來(lái)進(jìn)行。通過(guò)采用TTS測(cè)量捕獲時(shí)間以彌補(bǔ)平行光管視場(chǎng)的不足，也使檢測(cè)和驗(yàn)證裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且使檢測(cè)更為不便。
在先技術(shù)[4](K.Inagaki，M.Nohara，K.Araki，et al..Free-spacesimulator for laser transmission.Proc.SPIE Vol.1417，1991，160-169)描述的自由星間激光傳輸模擬器通過(guò)精密測(cè)量光束的遠(yuǎn)場(chǎng)圖樣來(lái)評(píng)估星間激光通信終端的光束控制系統(tǒng)的精度和性能。自由星間激光傳輸模擬器上是一個(gè)大口徑長(zhǎng)焦距平行光管，其孔徑焦距分別為260mm、17.5m。由于平行光管采用單焦距光路結(jié)構(gòu)，自由星間激光傳輸模擬器只能用于小視場(chǎng)高精度檢測(cè)，無(wú)法檢測(cè)捕獲、跟蹤等與大視場(chǎng)相關(guān)的性能參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述在先技術(shù)的困難，提供一種用于星間激光通信終端檢測(cè)和驗(yàn)證裝置的雙焦距平行光管，使檢測(cè)和驗(yàn)證裝置既能滿足星間激光通信終端捕獲、跟蹤檢測(cè)對(duì)大視場(chǎng)的要求，又能滿足星間激光通信終端跟蹤、瞄準(zhǔn)精度的高精度檢測(cè)和驗(yàn)證對(duì)長(zhǎng)焦距的要求，同時(shí)使星間激光通信終端檢測(cè)和驗(yàn)證裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種雙焦距平行光管，其特征在于由主鏡、分光鏡和次鏡構(gòu)成，所述的主鏡和次鏡均具有正的光焦度，所述的主鏡具有長(zhǎng)的焦距，所述的分光鏡位于主鏡的后焦點(diǎn)之前并與主鏡的光軸成45°放置，在分光鏡的反射光路上設(shè)置所述的次鏡，所述的次鏡處于主鏡在分光鏡的反射光路上形成的焦點(diǎn)之前，所述的主鏡與分光鏡為消像差組合。
所述的主鏡為具有正光焦度的透鏡組或非球面透鏡。
所述的分光鏡為分光棱鏡或者平面分光鏡。
所述的次鏡為具有正光焦度的透鏡組或者非球面透鏡。
所述的主鏡與次鏡組合的光學(xué)系統(tǒng)的焦距比主鏡的焦距短。
在所述的分光鏡的反射光路上，所述的次鏡之后還有反射鏡。
所述的反射鏡為平面反射鏡、或反射棱鏡、或反射鏡組，用來(lái)轉(zhuǎn)折光路使平行光管的結(jié)構(gòu)更為緊湊。
本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明的雙焦距平行光管的長(zhǎng)、短焦距部分分別配合包含光電位置探測(cè)器的探測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)星間激光通信終端的全部捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)性能進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)證。對(duì)于一定像素?cái)?shù)和像元大小的光電位置探測(cè)器，本發(fā)明的雙焦距平行光管的短焦距部分具有大的視場(chǎng)，可以用于星間激光通信終端的捕獲、跟蹤過(guò)程觀察與捕獲性能檢測(cè)；而長(zhǎng)焦距部分具有高的角分辨率，可以用于跟蹤、瞄準(zhǔn)過(guò)程中對(duì)星間激光通信終端跟蹤、瞄準(zhǔn)精度的測(cè)量。


圖1為本發(fā)明的雙焦距平行光管的光路具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明的雙焦距平行光管實(shí)施例的光路圖。由圖可見，本發(fā)明雙焦距平行光管包括主鏡1，分光鏡2、次鏡3和反射鏡4。光束經(jīng)過(guò)主鏡1后入射在分光鏡2上。分光鏡2處于主鏡1的后焦點(diǎn)之前。光束經(jīng)過(guò)分光鏡2后被分成兩束光，一束光由分光鏡2透射后聚焦于主鏡1的焦點(diǎn)5上；另一束光由分光鏡2反射，經(jīng)過(guò)次鏡3后再由反射鏡4反射，聚焦于主鏡1與次鏡3組合的光學(xué)系統(tǒng)的后焦點(diǎn)6上。上面所說(shuō)的主鏡1為具有正光焦度的透鏡組或非球面透鏡，分光鏡2為分光棱鏡或者平面分光鏡，主鏡1與分光鏡2組合消像差。主鏡1具有長(zhǎng)的焦距，形成本發(fā)明的雙焦距平行光管的長(zhǎng)焦距部分。次鏡3為具有正光焦度的透鏡組或者非球面透鏡，次鏡3處于主鏡1在分光鏡2的反射光路上形成的焦點(diǎn)之前，由于主鏡1與次鏡3均具有正的光焦度，主鏡1與次鏡3組合的光學(xué)系統(tǒng)的焦距比主鏡1的焦距短，形成本發(fā)明的雙焦距平行光管的短焦距部分。
平行光束通過(guò)非球面主鏡1后，經(jīng)過(guò)平面分光鏡2的透射、反射，光束分成兩束。一束光經(jīng)平面分光鏡2透射后聚焦在長(zhǎng)焦距部分的焦點(diǎn)5上；另一束光經(jīng)平面分光鏡2反射后，經(jīng)過(guò)透鏡組結(jié)構(gòu)的次鏡3及平面反射鏡4聚焦在短焦距部分的焦點(diǎn)6上。雙焦距平行光管的短焦距部分與探測(cè)系統(tǒng)組合，用于對(duì)被測(cè)星間激光通信終端進(jìn)行大視場(chǎng)的捕獲、跟蹤；雙焦距平行光管的長(zhǎng)焦距部分與探測(cè)系統(tǒng)組合，用于對(duì)星間激光通信終端的捕獲和跟蹤精度進(jìn)行精密測(cè)量。
下面對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例給出具體的設(shè)計(jì)參數(shù)主鏡1的前表面為非球面，后表面為平面，主鏡1的后表面與分光鏡2的中心距離為8000mm。分光鏡2為平面分光鏡，它的幾何高度、厚度分別為70mm、15mm，分光鏡2后表面的中心與焦點(diǎn)5的距離為1872.09mm。次鏡3是由三塊相互分離的透鏡組成的透鏡組，次鏡3的前表面距分光鏡2中心的距離為900mm，次鏡3的后表面距焦點(diǎn)6的距離為116.71mm，次鏡3與主鏡1組合形成的短焦距部分的焦距為1321.22mm。若光電位置探測(cè)器采用高速CMOS相機(jī)，其像元數(shù)為1024×1024，該雙焦距平行光管的長(zhǎng)焦距部分的角分辨率為1.2μrad，短焦距可測(cè)量的視場(chǎng)為9.3mrad。
經(jīng)試用表明，本發(fā)明的雙焦距平行光管的長(zhǎng)、短焦距部分分別配合包含光電位置探測(cè)器的探測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)星間激光通信終端的全部捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)性能進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)證。對(duì)于一定像素?cái)?shù)和像元大小的光電位置探測(cè)器，本發(fā)明的雙焦距平行光管的短焦距部分具有大的視場(chǎng)，可以用于星間激光通信終端的捕獲、跟蹤過(guò)程觀察與捕獲性能檢測(cè)；而長(zhǎng)焦距部分具有高的角分辨率，可以用于跟蹤、瞄準(zhǔn)過(guò)程中對(duì)星間激光通信終端跟蹤、瞄準(zhǔn)精度的測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種雙焦距平行光管，其特征在于由主鏡(1)、分光鏡(2)和次鏡(3)構(gòu)成，所述的主鏡(1)和次鏡(3)均具有正的光焦度，所述的主鏡(1)具有長(zhǎng)的焦距，所述的分光鏡(2)位于主鏡(1)的后焦點(diǎn)之前并與主鏡(1)的光軸成45°放置，在分光鏡(2)的反射光路上設(shè)置所述的次鏡(3)和所述的反射鏡(4)，所述的次鏡(3)處于主鏡(1)在分光鏡(2)的反射光路上形成的焦點(diǎn)之前，所述的主鏡(1)與分光鏡(2)為消像差組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙焦距平行光管，其特征在于所述的主鏡(1)為具有正光焦度的透鏡組或非球面透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙焦距平行光管，其特征在于所述的分光鏡(2)為分光棱鏡或者平面分光鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙焦距平行光管，其特征在于所述的次鏡(3)為具有正光焦度的透鏡組或者非球面透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙焦距平行光管，其特征在于所述的主鏡(1)與次鏡(3)組合的光學(xué)系統(tǒng)的焦距比主鏡(1)的焦距短。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的雙焦距平行光管，其特征在于在所述的分光鏡(2)的反射光路上，所述的次鏡(3)之后還有反射鏡(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙焦距平行光管，其特征在于在所述的反射鏡(4)為平面反射鏡、或反射棱鏡、或反射鏡組。
全文摘要
一種用于激光通信終端的地面檢測(cè)和驗(yàn)證裝置中的雙焦距平行光管，由主鏡、分光鏡和次鏡構(gòu)成，所述的主鏡和次鏡均具有正的光焦度，所述的主鏡具有長(zhǎng)的焦距，所述的分光鏡位于主鏡的后焦點(diǎn)之前并與主鏡的光軸成45°放置，在分光鏡的反射光路上設(shè)置所述的次鏡，所述的次鏡處于主鏡在分光鏡的反射光路上形成的焦點(diǎn)之前，所述的主鏡與分光鏡為消像差組合。本發(fā)明使檢測(cè)和驗(yàn)證裝置既能滿足星間激光通信終端捕獲、跟蹤檢測(cè)對(duì)大視場(chǎng)的要求，又能滿足星間激光通信終端跟蹤、瞄準(zhǔn)精度的高精度檢測(cè)和驗(yàn)證對(duì)長(zhǎng)焦距的要求，同時(shí)使星間激光通信終端檢測(cè)和驗(yàn)證裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B5/04GK1815291SQ20061002449
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者王利娟, 劉立人, 欒竹, 孫建鋒, 周煜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所