一種大氣湍流中光纖耦合效率測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大氣湍流中光纖耦合效率測試裝置，屬于空間激光通信技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]由于自由空間激光通信具有通信容量大、傳輸速率高，隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，所有激光通信鏈路中，只有星間激光通信鏈路可以完全避開大氣湍流的影響。湍流會影響到通信系統(tǒng)的各個(gè)方面，包括跟蹤精度、捕獲概率、通信誤碼率、光纖耦合效率等。因此，開展湍流環(huán)境下通信系統(tǒng)性能研究具有重要意義。無湍流時(shí)，光纖耦合效率主要受模式匹配、對準(zhǔn)偏差、吸收損耗、平臺振動(dòng)、菲尼爾反射等因素影響。有湍流時(shí)，光纖耦合效率還受到大氣湍流強(qiáng)度、鏈路距離、天頂角等因素影響，另外，湍流引起傳輸光的光強(qiáng)閃爍、光束漂移、光斑擴(kuò)展等效應(yīng)都會對光纖耦合效率產(chǎn)生影響。因此，開展湍流環(huán)境下光纖耦合效率的研究具有重要意義。目前，還沒有一套測試系統(tǒng)在完成焦平面光斑測量的同時(shí)，也完成耦合效率的測試。同時(shí)，對湍流中耦合效率提高方法的研究方面也沒有采用通過改變耦合透鏡組焦距的方式實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種大氣湍流中光纖耦合效率測試裝置，其能實(shí)現(xiàn)大氣湍流中光纖耦合效率的測量。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種大氣湍流中光纖耦合效率測試裝置，由激光器、光束整形裝置、接收光學(xué)系統(tǒng)、分光棱鏡、變焦光纖耦合透鏡組、光纖、光功率計(jì)、控制裝置、哈特曼傳感器、計(jì)算機(jī)、湍流強(qiáng)度測試儀組成，其特征在于:激光器的發(fā)射端對準(zhǔn)光束整形裝置，激光器發(fā)射的光路經(jīng)過光束整形裝置和大氣介質(zhì)后被接收光學(xué)系統(tǒng)接收，接收光學(xué)系統(tǒng)出射激光對準(zhǔn)分光棱鏡，分光棱鏡分出的兩束激光，一束激光對準(zhǔn)哈特曼傳感器的接收端，另一束激光對準(zhǔn)變焦光纖耦合透鏡組的接收端，變焦光纖耦合透鏡組發(fā)射端射出的激光經(jīng)過光纖傳給光功率計(jì)接收；哈特曼傳感器通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過導(dǎo)線連接湍流強(qiáng)度測試儀和控制裝置，控制裝置通過導(dǎo)線與變焦光纖耦合透鏡組相連；
測試步驟如下:
(1)激光器發(fā)射激光，激光經(jīng)過光束整形裝置后進(jìn)入大氣介質(zhì)，激光經(jīng)過大氣介質(zhì)傳輸后被接收光學(xué)系統(tǒng)所接收;激光通過接收光學(xué)系統(tǒng)后達(dá)到分光棱鏡;激光通過分光棱鏡后，出射激光分為兩束，一束激光被哈特曼傳感器接收，另一束激光被變焦光纖耦合透鏡組接收;變焦光纖耦合透鏡組出射激光被光纖接收;光纖接收出射激光被光功率計(jì)接收;光功率顯示當(dāng)前光纖耦合效率值；
(2)哈特曼傳感器對接收到的激光進(jìn)行成像，并將記錄的光斑圖像送入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中完成對成像光斑能量分布與形狀分布的分析；
(3)湍流強(qiáng)度測試儀放在大氣中記錄當(dāng)時(shí)大氣湍流強(qiáng)度，并將測量值送入計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)根據(jù)測量的湍流強(qiáng)度值發(fā)出控制命令給控制裝置;控制裝置根據(jù)具體控制命令調(diào)整變焦光纖耦合透鏡組的焦距，使耦合效率達(dá)到最大值。
[0005]本發(fā)明的積極效果是其在完成湍流環(huán)境中焦平面光斑能量分布與形狀分布測量的同時(shí)，也能完成光纖耦合效率的測量，保證了湍流對光纖耦合效率影響因素分析的時(shí)效性；同時(shí)該裝置具有根據(jù)測量到的實(shí)際湍流強(qiáng)度，通過改變耦合透鏡組的焦距，使光纖耦合效率維持在最大值的功能;本裝置使分析湍流對耦合效率的影響過程簡化，同時(shí)通過調(diào)整焦距的方式使湍流中光纖耦合效率顯著提高。
【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的布置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:如圖1所示，一種大氣湍流中光纖耦合效率測試裝置，由激光器1、光束整形裝置2、接收光學(xué)系統(tǒng)3、分光棱鏡4、變焦光纖耦合透鏡組5、光纖6、光功率計(jì)7、控制裝置8、哈特曼傳感器9、計(jì)算機(jī)10、湍流強(qiáng)度測試儀11組成，其特征在于:激光器1的發(fā)射端對準(zhǔn)光束整形裝置2，激光器1發(fā)射的光路經(jīng)過光束整形裝置2和大氣介質(zhì)后被接收光學(xué)系統(tǒng)3接收，接收光學(xué)系統(tǒng)3出射激光對準(zhǔn)分光棱鏡4，分光棱鏡4分出的兩束激光，一束激光對準(zhǔn)哈特曼傳感器9的接收端，另一束激光對準(zhǔn)變焦光纖耦合透鏡組5的接收端，變焦光纖耦合透鏡組5發(fā)射端射出的激光經(jīng)過光纖6傳給光功率計(jì)7接收;哈特曼傳感器9通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)10相連，計(jì)算機(jī)10通過導(dǎo)線連接瑞流強(qiáng)度測試儀11和控制裝置8，控制裝置8通過導(dǎo)線與變焦光纖耦合透鏡組5相連。
[0008]激光器選用800nm波段半導(dǎo)體激光器;光束整形選用擴(kuò)束比為1:1600的光束擴(kuò)束系統(tǒng);接收光學(xué)系統(tǒng)采用卡塞格林式光學(xué)系統(tǒng);分光棱鏡分光比為1:1;哈特曼傳感器選用幀頻為450fps的shack-Hartmann傳感器;光纖采用芯徑為ΙΟμ??單模光纖。
實(shí)施例
[0009](1)激光器1發(fā)射激光，激光經(jīng)過光束整形裝置2后進(jìn)入大氣介質(zhì)，激光經(jīng)過大氣介質(zhì)傳輸后被接收光學(xué)系統(tǒng)3所接收;激光通過接收光學(xué)系統(tǒng)3后達(dá)到分光棱鏡4;激光通過分光棱鏡4后，出射激光分為兩束，一束激光被哈特曼傳感器9接收，另一束激光被變焦光纖耦合透鏡組5接收;變焦光纖耦合透鏡組5出射激光被光纖6接收;光纖6接收出射激光被光功率計(jì)7接收;光功率7顯示當(dāng)前光纖耦合效率值。
[0010](2)哈特曼傳感器9對接收到的激光進(jìn)行成像，并將記錄的光斑圖像送入計(jì)算機(jī)10，在計(jì)算機(jī)10中完成對成像光斑能量分布與形狀分布的分析。
[0011](3)湍流強(qiáng)度測試儀11放在大氣中記錄當(dāng)時(shí)大氣湍流強(qiáng)度，并將測量值送入計(jì)算機(jī)10;計(jì)算機(jī)10根據(jù)測量的湍流強(qiáng)度值發(fā)出控制命令給控制裝置8;控制裝置8根據(jù)具體控制命令調(diào)整變焦光纖耦合透鏡組5的焦距，使耦合效率達(dá)到最大值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大氣湍流中光纖耦合效率測試裝置，由激光器、光束整形裝置、接收光學(xué)系統(tǒng)、分光棱鏡、變焦光纖耦合透鏡組、光纖、光功率計(jì)、控制裝置、哈特曼傳感器、計(jì)算機(jī)、湍流強(qiáng)度測試儀組成，其特征在于:激光器的發(fā)射端對準(zhǔn)光束整形裝置，激光器發(fā)射的光路經(jīng)過光束整形裝置和大氣介質(zhì)后被接收光學(xué)系統(tǒng)接收，接收光學(xué)系統(tǒng)出射激光對準(zhǔn)分光棱鏡，分光棱鏡分出的兩束激光，一束激光對準(zhǔn)哈特曼傳感器的接收端，另一束激光對準(zhǔn)變焦光纖耦合透鏡組的接收端，變焦光纖耦合透鏡組發(fā)射端射出的激光經(jīng)過光纖傳給光功率計(jì)接收;哈特曼傳感器通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過導(dǎo)線連接湍流強(qiáng)度測試儀和控制裝置，控制裝置通過導(dǎo)線與變焦光纖耦合透鏡組相連； 測試步驟如下: (1)激光器發(fā)射激光，激光經(jīng)過光束整形裝置后進(jìn)入大氣介質(zhì)，激光經(jīng)過大氣介質(zhì)傳輸后被接收光學(xué)系統(tǒng)所接收;激光通過接收光學(xué)系統(tǒng)后達(dá)到分光棱鏡;激光通過分光棱鏡后，出射激光分為兩束，一束激光被哈特曼傳感器接收，另一束激光被變焦光纖耦合透鏡組接收;變焦光纖耦合透鏡組出射激光被光纖接收;光纖接收出射激光被光功率計(jì)接收;光功率顯示當(dāng)前光纖耦合效率值； (2)哈特曼傳感器對接收到的激光進(jìn)行成像，并將記錄的光斑圖像送入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中完成對成像光斑能量分布與形狀分布的分析； (3)湍流強(qiáng)度測試儀放在大氣中記錄當(dāng)時(shí)大氣湍流強(qiáng)度，并將測量值送入計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)根據(jù)測量的湍流強(qiáng)度值發(fā)出控制命令給控制裝置;控制裝置根據(jù)具體控制命令調(diào)整變焦光纖耦合透鏡組的焦距，使耦合效率達(dá)到最大值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大氣湍流中光纖耦合效率測試裝置，其特征在于：激光器的發(fā)射端對準(zhǔn)光束整形裝置，激光器發(fā)射的光路經(jīng)過光束整形裝置和大氣介質(zhì)后被接收光學(xué)系統(tǒng)接收，接收光學(xué)系統(tǒng)出射激光對準(zhǔn)分光棱鏡，分光棱鏡分出的兩束激光，一束激光對準(zhǔn)哈特曼傳感器的接收端，另一束激光對準(zhǔn)變焦光纖耦合透鏡組的接收端，變焦光纖耦合透鏡組發(fā)射端射出的激光經(jīng)過光纖傳給光功率計(jì)接收；哈特曼傳感器通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過導(dǎo)線連接湍流強(qiáng)度測試儀和控制裝置，控制裝置通過導(dǎo)線與變焦光纖耦合透鏡組相連；其能實(shí)現(xiàn)大氣湍流中光纖耦合效率的測量。
【IPC分類】G01M11/02, G01M11/00
【公開號】CN105444991
【申請?zhí)枴緾N201510754734
【發(fā)明人】趙馨, 宋延嵩, 劉云清, 張雷
【申請人】長春理工大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月9日