專(zhuān)利名稱(chēng)：空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星激光通信，特別是一種空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸模擬裝置。該裝置可在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)兩個(gè)被測(cè)通信終端的相互遠(yuǎn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，可應(yīng)用于衛(wèi)星激光通信終端的捕獲、跟瞄和通信性能的檢測(cè)與驗(yàn)證。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星激光通信包括衛(wèi)星之間，衛(wèi)星和其它飛行體之間，衛(wèi)星和地面之間等等的自由空間激光通信。為了保持兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的激光通信終端之間的穩(wěn)定的通信鏈路，一個(gè)激光通信終端必須包含激光通信和光學(xué)捕獲跟瞄兩大分系統(tǒng)。衛(wèi)星激光通信的作用距離為數(shù)百至數(shù)萬(wàn)公里，因此不可能在空間直接完成激光通信終端的性能檢測(cè)和驗(yàn)證，所以激光通信終端的捕獲跟瞄性能和通信性能的檢測(cè)和驗(yàn)證評(píng)估必須在地面和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。
國(guó)外的衛(wèi)星激光通信終端的研制單位在實(shí)驗(yàn)室都采用平行光管的手段和半物理半仿真的方法檢測(cè)和驗(yàn)證激光通信終端的性能，平行光管用于發(fā)射一個(gè)檢驗(yàn)被測(cè)激光通信終端的波面或者用于接收被測(cè)激光通信終端的發(fā)射光束(見(jiàn)1.B.Laurent and G.Planche，“Silex overview after flightterminals campaign”，Proc.SPIE，Vol.2990，pp.10-22，1997)，這種方案可以單獨(dú)檢驗(yàn)一個(gè)激光通信終端。但是，至今還沒(méi)有對(duì)兩個(gè)被測(cè)激光通信終端進(jìn)行相互直接對(duì)接而實(shí)施跟瞄和通信性能的檢測(cè)驗(yàn)證的方法。主要原因是還沒(méi)有一種光學(xué)方法可以在實(shí)驗(yàn)室空間尺度下模擬實(shí)現(xiàn)光束從近場(chǎng)分布到遠(yuǎn)場(chǎng)分布的轉(zhuǎn)換，而且是雙向的，并且能夠同時(shí)模擬衛(wèi)星的遠(yuǎn)場(chǎng)。在實(shí)踐中兩個(gè)衛(wèi)星激光通信終端都一定處于對(duì)方的光學(xué)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，而且除了本身的轉(zhuǎn)動(dòng)外終端的相互平動(dòng)才能產(chǎn)生光跟蹤的誤差信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是基于光學(xué)傅立葉變換和光學(xué)成像放大的原理實(shí)現(xiàn)光束的近場(chǎng)分布向遠(yuǎn)場(chǎng)分布的轉(zhuǎn)換，提出一種空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸模擬裝置。它利用空間雙通道的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光束的獨(dú)立的正、逆雙向傳播，同時(shí)提出在傅立葉空間頻率譜面進(jìn)行雙反射鏡雙通道角度掃描的原理實(shí)現(xiàn)激光通信終端的相對(duì)平移，從而可以在實(shí)驗(yàn)室空間采用光學(xué)模擬實(shí)現(xiàn)兩個(gè)被測(cè)激光通信終端的相互遠(yuǎn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而進(jìn)行光學(xué)捕獲、跟瞄和遠(yuǎn)距離激光通信的檢測(cè)和驗(yàn)證。本裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理可靠。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，特征在于其構(gòu)成包括第一被測(cè)激光通信終端和第二被測(cè)激光通信終端，第一被測(cè)激光通信終端發(fā)射波長(zhǎng)為λ1的激光光束先經(jīng)第一傅立葉透鏡，透過(guò)第一波分透反鏡，通過(guò)第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)，由掃描雙面反射鏡的第一反射面反射，第一反射鏡反射，通過(guò)第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)，第二反射鏡反射到第二波分透反鏡，經(jīng)第二波分透反鏡反射后的光束再通過(guò)第二傅立葉透鏡抵達(dá)第二被測(cè)激光通信終端；第二被測(cè)激光通信終端發(fā)射激光波長(zhǎng)為λ2的光束先通過(guò)第二傅立葉透鏡，透過(guò)第二波分透反鏡，通過(guò)第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)，由掃描雙面反射鏡的第二反射面反射，經(jīng)第三反射鏡反射，通過(guò)第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)，再由第四反射鏡反射到第一波分透反鏡，經(jīng)第一波分透反鏡反射后的光束再通過(guò)第一傅立葉透鏡抵達(dá)第一被測(cè)激光通信終端；所述的第一波分透反鏡對(duì)波長(zhǎng)為λ1的激光高透，對(duì)波長(zhǎng)為λ2激光高反，所述的第二波分透反鏡對(duì)波長(zhǎng)為λ1的激光高反，對(duì)波長(zhǎng)為λ2激光高透；第一反射鏡和第二反射鏡對(duì)于λ1光束高反，第三反射鏡和第四反射鏡對(duì)于λ2光束高反；
掃描雙面反射鏡的第一反射鏡面對(duì)于λ1光束高反，第二反射鏡面對(duì)于λ2光束高反；第一傅立葉透鏡的焦面位于第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)的物面上，第二傅立葉透鏡的焦面位于第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)的物面上；第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)的像面位于第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)的物面上；第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)的像面位于第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)的物面上；所述的掃描雙面反射鏡處于第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)的像面上和第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)的像面上。
所述的第一波分透反射鏡放在第一傅立葉透鏡之前，相應(yīng)的第二波分透反射鏡放在第二傅立葉透鏡之后。
所述的第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)的像面位于第二被測(cè)激光通信終端之前。
所述的第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)的像面位于第一被測(cè)激光通信終端之前。
所述的第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)、第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)、第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)和第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)由多級(jí)的單透鏡成像放大器組成，或單透鏡的單級(jí)光學(xué)成像放大器，或無(wú)透鏡。
所述的掃描雙面反射鏡可繞正交兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，雙面高反，可采用二維電動(dòng)的精密調(diào)整架，也可采用電機(jī)或其他驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)撥桿旋轉(zhuǎn)雙面發(fā)射鏡以實(shí)現(xiàn)二維的角度偏轉(zhuǎn)。
所述的空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，其特征在于還有一小孔接收系統(tǒng)，它由小孔光闌、會(huì)聚透鏡和光電探測(cè)器組成。
本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明通過(guò)光學(xué)傅立葉變換加級(jí)聯(lián)光學(xué)成像放大的方法實(shí)現(xiàn)了光束的遠(yuǎn)距離傳輸模擬，在空間頻譜面采用雙面反射鏡進(jìn)行雙通道角度掃描實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星終端的軌道平移相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬，這樣可以在實(shí)驗(yàn)室有限的空間內(nèi)保證兩個(gè)衛(wèi)星激光通信終端都一定處于對(duì)方的光學(xué)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域，并產(chǎn)生相互的平動(dòng)以模擬衛(wèi)星的相互運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明可應(yīng)用于衛(wèi)星激光通信終端的光學(xué)捕獲跟瞄性能和通信性能的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)與驗(yàn)證，對(duì)于空間激光通信終端的研制和發(fā)展具有很大的應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)總體光路示意2為本發(fā)明小孔接收裝置的結(jié)構(gòu)示意中1.1-第一被測(cè)激光通信終端，1.2-第一傅立葉透鏡，1.3-第一波分透反鏡，1.4-第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)，1.5-掃描雙面反射鏡，1.6-第一反射鏡，1.7-第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)，1.8-第二反射鏡，1.9-第二波分透反鏡，1.10-第二傅立葉透鏡，1.11-第二被測(cè)激光通信終端，1.12-第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)，1.13-第三反射鏡，1.14-第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)，1.15-第四反射鏡。2.1-小孔，2.2-會(huì)聚透鏡，2.3-光電探測(cè)器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的原理圖見(jiàn)圖1的系統(tǒng)總體光路示意圖第一被測(cè)激光通信終端1.1發(fā)射的激光光束先通過(guò)第一傅立葉透鏡1.2，再通過(guò)第一波分透反射鏡1.3，再通過(guò)第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.4，再由掃描雙面反射鏡1.5反射，再由第一反射鏡1.6反射，再通過(guò)第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.7，再由第二反射鏡1.8反射到第二波分透反射鏡1.9，經(jīng)過(guò)反射后的光束再通過(guò)第二傅立葉透鏡1.10抵達(dá)第二被測(cè)激光通信終端1.11；第二被測(cè)激光通信終端1.11發(fā)射的激光光束先通過(guò)第二傅立葉透鏡1.10，再通過(guò)第二波分透反射鏡1.9，再通過(guò)第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.12，再由掃描雙面反射鏡1.5反射，再由第三反射鏡1.13反射，再通過(guò)第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.14，再由第四反射鏡1.15反射到第一波分透反射鏡1.3，經(jīng)過(guò)反射后的光束再通過(guò)第一傅立葉透鏡1.2抵達(dá)第一被測(cè)激光通信終端1.1。
第一波分透反鏡1.3可以放在第一傅立葉透鏡1.2之前，即，第一被測(cè)激光通信終端1.1發(fā)射的激光光束先通過(guò)第一波分透反鏡1.3再通過(guò)第一傅立葉透鏡1.2。同樣，第二波分透反鏡1.9可以放在第二傅立葉透鏡1.10之后，即，第二被測(cè)激光通信終端1.11發(fā)射的激光光束先通過(guò)第二波分透反鏡1.9再通過(guò)第二傅立葉透鏡1.10。
假設(shè)第一被測(cè)激光通信終端1.1發(fā)射口徑上的激光光束分布為a1(x，y)，波長(zhǎng)為λ1；第二被測(cè)激光通信終端1.11發(fā)射口徑上的激光光束分布為a2(x，y)，波長(zhǎng)為λ2。第一波分透反鏡1.3對(duì)于λ1光束通光而對(duì)于λ2光束反射，第二波分透反鏡1.9對(duì)于λ2光束通光而對(duì)于λ1光束反射。第一反射鏡1.6和第二反射鏡1.8對(duì)于λ1光束反射，第三反射鏡1.13和第四反射鏡1.15對(duì)于λ2光束反射，掃描雙面反射鏡1.5的第一鏡面對(duì)于λ1光束反射，而第二鏡面對(duì)于λ2光束反射。
第一被測(cè)激光通信終端1.1發(fā)射孔徑上的激光光束a1(x，y)首先通過(guò)第一傅立葉透鏡1.2進(jìn)行傅立葉遠(yuǎn)場(chǎng)變換，第一傅立葉透鏡1.2的焦距為f1，發(fā)射孔徑與傅立葉透鏡的距離為l1。第一傅立葉透鏡1.2的焦面位于第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.4的物面上，第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.4由多級(jí)的單透鏡成像放大器組成，總的放大倍數(shù)為±M1，其正號(hào)表示正像放大，負(fù)號(hào)表示倒像放大。第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.4的像面位于第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.7的物面上，第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.7由多級(jí)的單透鏡成像放大器組成，總的放大倍數(shù)為±M2，其正號(hào)表示正像放大，負(fù)號(hào)表示倒像放大。第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.7的像面位于第二傅立葉透鏡1.10之上。第二傅立葉透鏡1.10與第二被測(cè)激光通信終端1.11的距離為l2。掃描雙面反射鏡1.5處于第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.4的像面上。設(shè)a1(x，y)的光學(xué)傅立葉變換為A1(xλ1f1,yλ1f1),]]>掃描雙面反射鏡1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)角為Δθ，則在第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.7的像面上將產(chǎn)生第一被測(cè)激光通信終端1.1發(fā)射的激光光束的放大的和線性相位移的光學(xué)傅立葉變換
A′1(x,y)=KA1[x(±M1)(±M2)λ1f1,y(±M1)(±M2)λ1f1]]]>×exp[jπ(1-l1f1)x2+y2(M1M2)2λ1f1]exp[±j2πxsin(2Δθ)λ1(M2)]exp(jπx2+y2λ1MPifPi)---(1)]]>其中MPi為第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.7的最后一級(jí)單透鏡光學(xué)成像放大器的放大倍數(shù)，fPi為其透鏡的焦距；K為常數(shù)。
通過(guò)第二傅立葉透鏡1.10后的光場(chǎng)為A′′1(x,y)=A′1(x,y)exp(-jπx2+y2λ1f2)---(2)]]>在l1＝f1的條件下令Mpifpi=f2]]>可以補(bǔ)償A″1(x，y)中存在的相位二次項(xiàng)。
第二傅立葉透鏡1.10后的光場(chǎng)將被第二被測(cè)激光通信終端1.11的主鏡收集，在該主鏡的焦面上產(chǎn)生光場(chǎng)A″1(x，y)的光學(xué)傅立葉變換，設(shè)激光通信終端主鏡的焦距為fr2，其孔徑函數(shù)和傅立葉變換分別為αr2(x，y)和Ar2(xλ1fr2,yλ1fr2).]]>當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)成像放大系統(tǒng)1.7的像面上的光斑足夠大時(shí)，第二被測(cè)激光通信終端1.11的主鏡焦面上的光斑光強(qiáng)分布為 可見(jiàn)這時(shí)第二被測(cè)激光通信終端1.11處于第一被測(cè)激光通信終端1.1的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域，接收光斑尺寸與本身的衍射口徑有關(guān)；掃描雙面反射鏡1.5的偏轉(zhuǎn)將導(dǎo)致接收光斑的移動(dòng)。
第二被測(cè)激光通信終端1.11發(fā)射孔徑上的激光光束a2(x，y)首先通過(guò)第二傅立葉透鏡1.10進(jìn)行傅立葉遠(yuǎn)場(chǎng)變換，第二傅立葉透鏡1.10的焦距為f1，第二被測(cè)激光通信終端1.11的發(fā)射孔徑與第二傅立葉透鏡1.10的距離為l2。第二傅立葉透鏡1.10的焦面位于第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.12的物面上，第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.12由多級(jí)的單透鏡成像放大器組成，總的放大倍數(shù)為±M3，其正號(hào)表示正像放大，負(fù)號(hào)表示倒像放大。第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.12的像面位于第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.14的物面上，第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.14由多級(jí)的單透鏡成像放大器組成，總的放大倍數(shù)為±M4，其正號(hào)表示正像放大，負(fù)號(hào)表示倒像放大。第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.14的像面位于第一傅立葉透鏡1.2之上。第一傅立葉透鏡1.2與第一被測(cè)激光通信終端1.1的距離為l1。掃描雙面反射鏡1.5處于第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.12的像面上。設(shè)a2(x，y)的光學(xué)傅立葉變換為A2(xλ2f2,yλ2f2),]]>掃描雙面反射鏡1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)角為Δθ，則在第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.14的像面上將產(chǎn)生第二被測(cè)激光通信終端1.11發(fā)射的激光光束的放大的和線性相位移的光學(xué)傅立葉變換A′2(x,y)=KA2[x(±M3)(±M4)λ2f2,y(±M3)(±M4)λ2f2]]]>×exp[jπ(1-l2f2)x2+y2(M3M4)2λ2f2]exp[±j2πxsin(2Δθ)λ2(M4)]exp(jπx2+y2λ2MSifSi)---(4)]]>其中MSi為第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.14的最后一級(jí)單透鏡光學(xué)成像放大器的放大倍數(shù)，fSi為其透鏡的焦距；K為常數(shù)。
通過(guò)第四傅立葉透鏡1.14后的光場(chǎng)為A′′2(x,y)=A′2(x,y)exp(-jπx2+y2λ2f1)---(5)]]>在l2＝f2的條件下令MSifSi=f1]]>可以補(bǔ)償A″2(x，y)中存在的相位二次項(xiàng)。
第一傅立葉透鏡1.2后的光場(chǎng)將被第一被測(cè)激光通信終端1.1的主鏡收集，在該主鏡的焦面上產(chǎn)生光場(chǎng)A″2(x，y)的光學(xué)傅立葉變換，設(shè)激光通信終端主鏡的焦距為fr1，其孔徑函數(shù)和傅立葉變換分別為ar1(x，y)和Ar1(xλ2fr1,yλ2fr1).]]>當(dāng)即第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.14的像面上的光斑足夠大時(shí)，第一被測(cè)激光通信終端1.1的主鏡焦面上的光斑光強(qiáng)分布為 可見(jiàn)這時(shí)第一被測(cè)激光通信終端1.1處于第二被測(cè)激光通信終端1.11的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域，接收光斑尺寸與本身的衍射口徑有關(guān)；掃描雙面反射鏡1.5的偏轉(zhuǎn)將導(dǎo)致接收光斑的移動(dòng)。
掃描雙面反射鏡1.5的偏轉(zhuǎn)將可以同時(shí)產(chǎn)生第一被測(cè)激光通信終端1.1的接收光斑尺寸的移動(dòng)和第二被測(cè)激光通信終端1.11的接收光斑尺寸的移動(dòng)，即可以模擬兩個(gè)激光通信終端之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
該裝置也可以對(duì)于一個(gè)自由空間激光通信終端進(jìn)行遠(yuǎn)距離激光通信檢測(cè)，如果仍然保持第一被測(cè)激光通信終端1.1為被測(cè)終端，則第二被測(cè)激光通信終端1.11應(yīng)當(dāng)被圖2所示的小孔接收系統(tǒng)所替代。圖2中，從第二傅立葉透鏡1.10發(fā)出的光束將首先被小孔2.1限制接收口徑，再通過(guò)會(huì)聚透鏡2.2集光，然后被光電探測(cè)器2.3探測(cè)。這時(shí)等效傳輸距離為L(zhǎng)=M1M2f1dhdt---(7)]]>其中，dh為小孔的直徑，dt為激光通信終端的真實(shí)口徑的數(shù)值。
第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.4，第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.7，第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.12和第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.14可以是單透鏡的單級(jí)光學(xué)成像放大器，也可以是由單級(jí)光學(xué)成像放大器接聯(lián)而成的多級(jí)光學(xué)成像放大器，也可以不用放大器成為放大倍數(shù)為+1的直接傳遞。
如果第n級(jí)單級(jí)光學(xué)成像放大器的透鏡的焦距為fni，物距為ln，1i，像距為ln，2i，放大倍數(shù)為Mni，則有1ln,1i+1ln,2i=1fni,---(8)]]>Mni=ln,2iln,1i.---(9)]]>該單級(jí)光學(xué)成像放大器的輸入為發(fā)散球面波，光斑直徑為dn，1i，中心距離為L(zhǎng)n，1i，則其放大后的發(fā)散球面波的光斑直徑為dn，2i和中心距離為L(zhǎng)n，2i為dn,2i=Mnidn,1i,---(10)]]>Ln,2i=MnifniLn,1ifniMni+Ln,1i≈Mnifni.---(11)]]>在第n級(jí)單級(jí)光學(xué)成像放大器的像面上的上述球面波是第(n+1)級(jí)單級(jí)光學(xué)成像放大器的物面輸入。
第n級(jí)單級(jí)光學(xué)成像放大器為了保證不擋光，透鏡的最小口徑n，mini為 由于掃描雙面反射鏡的掃描，第n級(jí)單級(jí)光學(xué)成像放大器的輸入可能存在偏轉(zhuǎn)角度αni，其產(chǎn)生光斑在透鏡上的移動(dòng)，因此為了保證通光，透鏡的最小口徑應(yīng)當(dāng)修正為n，min′i為
假定第N級(jí)單級(jí)光學(xué)成像放大器是第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)的第一級(jí)，則αNi=2θ,---(14)]]>αN+si=2θMNiMN+1i...MN+s-1i.---(15)]]>因此，每個(gè)放大器的透鏡口徑必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上述定義的最小口徑 第一傅立葉透鏡1.2的口徑為1第一被測(cè)激光通信終端1.1的口徑為r，1，第二傅立葉透鏡1.10的口徑為2第二被測(cè)激光通信終端1.11的口徑為r，2，為了盡量減少光學(xué)傅立葉變換的傳遞函數(shù)的影響應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足如下條件1＞＞r，1， (13)2＞＞r，2。
(14)下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
假設(shè)激光通信鏈路是高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星之間，星間距離為40000km，激光通信終端的口徑為φ250mm，主鏡焦距為1m，激光發(fā)散度為20μrad，跟瞄精度為1μrad。設(shè)定檢測(cè)驗(yàn)證的掃描角度為180mrad(～10°)。
考慮雙向光路的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)安排第一傅立葉透鏡1.2和第二傅立葉透鏡1.10的設(shè)計(jì)完全相同，口徑相同(1＝2)，焦距相同(f1＝f2)；第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.4和第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.12均為單級(jí)成像放大器，其結(jié)構(gòu)完全相同(M1＝M3)；第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.7和第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.14均為雙級(jí)成像放大器，其結(jié)構(gòu)完全相同(M2＝M4)。
設(shè)計(jì)傅立葉透鏡的焦距f1＝10m，設(shè)計(jì)M1＝-20，設(shè)計(jì)M2＝+400(即-20×-20)，因此等效傳輸距離f1M1M2＝80km。兩個(gè)傅立葉透鏡的口徑設(shè)計(jì)為1＝2＝φ500mm，遠(yuǎn)大于激光通信終端的口徑，傅立葉透鏡的衍射極限為4μrad。
因而，第一級(jí)單級(jí)成像放大系統(tǒng)1.1的物面上的發(fā)散球面波直徑為φ0.2mm，第二級(jí)單級(jí)成像放大系統(tǒng)1.7的物面上的發(fā)散球面波直徑為φ4mm，第三級(jí)單級(jí)成像放大系統(tǒng)1.12的物面上的發(fā)散球面波直徑為φ80mm，第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)1.1為單級(jí)成像放大器，設(shè)計(jì)焦距為50mm，口徑為φ40mm，放大倍數(shù)為20。第二級(jí)學(xué)成像放大系統(tǒng)1.7由兩個(gè)單級(jí)成像放大器組成，前一個(gè)單級(jí)成像放大器，焦距為50mm，口徑為φ40mm，放大倍數(shù)為20。后一個(gè)單級(jí)成像放大器，焦距為500mm，口徑為φ250mm，放大倍數(shù)為20，其焦距的設(shè)計(jì)也滿(mǎn)足補(bǔ)償條件。所有的單級(jí)成像放大器均滿(mǎn)足口徑關(guān)系。
掃描雙面反射鏡1.5的偏轉(zhuǎn)對(duì)于激光通信終端接收光斑的角度偏轉(zhuǎn)率為5μrad×(Δθ/mrad)，激光通信終端的跟瞄精度相當(dāng)于反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mrad。
采用圖2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)距離激光通信性能測(cè)試，下表給出了等效傳播距離和小孔2.1直徑的關(guān)系

權(quán)利要求
1.一種空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，特征在于其構(gòu)成包括第一被測(cè)激光通信終端(1.1)和第二被測(cè)激光通信終端(1.11)，自第一被測(cè)激光通信終端(1.1)發(fā)射波長(zhǎng)為λ1的激光光束先經(jīng)第一傅立葉透鏡(1.2)，透過(guò)第一波分透反鏡(1.3)，通過(guò)第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.4)，由掃描雙面反射鏡(1.5)的第一反射面反射，第一反射鏡(1.6)反射，通過(guò)第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.7)，第二反射鏡(1.8)反射到第二波分透反鏡(1.9)，經(jīng)第二波分透反鏡(1.9)反射后的光束再通過(guò)第二傅立葉透鏡(1.10)抵達(dá)第二被測(cè)激光通信終端(1.11)；第二被測(cè)激光通信終端(1.11)發(fā)射激光波長(zhǎng)為λ2的光束先通過(guò)第二傅立葉透鏡(1.10)，透過(guò)第二波分透反鏡(1.9)，通過(guò)第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.12)，由掃描雙面反射鏡(1.5)的第二反射面反射，經(jīng)第三反射鏡(1.13)反射，通過(guò)第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.14)，再由第四反射鏡(1.15)反射到第一波分透反鏡(1.3)，經(jīng)第一波分透反鏡(1.3)反射后的光束再通過(guò)第一傅立葉透鏡(1.2)抵達(dá)第一被測(cè)激光通信終端(1.1)；所述的第一波分透反鏡(1.3)對(duì)波長(zhǎng)為λ1的激光高透，對(duì)波長(zhǎng)為λ2激光高反，所述的第二波分透反射鏡(1.9)對(duì)波長(zhǎng)為λ1的激光高反，對(duì)波長(zhǎng)為λ2激光高透；第一反射鏡(1.6)和第二反射鏡(1.8)對(duì)于λ1光束高反，第三反射鏡(1.13)和第四反射鏡(1.15)對(duì)于λ2光束高反；掃描雙面反射鏡(1.5)的第一反射鏡面對(duì)于λ1光束高反，第二反射鏡面對(duì)于λ2光束高反；第一傅立葉透鏡(1.2)的焦面位于第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.4)的物面上，第二傅立葉透鏡(1.10)的焦面位于第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.12)的物面上；第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.4)的像面位于第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.7)的物面上；第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.12)的像面位于第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.14)的物面上；所述的掃描雙面反射鏡(1.5)處于第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.4)的像面上和第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.12)的像面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，其特征在于所述的第一波分透反射鏡(1.3)放在第一傅立葉透鏡(1.2)之前，相應(yīng)的第二波分透反射鏡(1.9)放在第二傅立葉透鏡(1.10)之后。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，其特征在于所述的第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.7)的像面位于第二被測(cè)激光通信終端(1.11)之前。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，其特征在于所述的第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.14)的像面位于第一被測(cè)激光通信終端(1.1)之前。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，其特征在于所述的第一光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.4)、第二光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.7)、第三光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.12)和第四光學(xué)成像放大系統(tǒng)(1.14)由多級(jí)的單透鏡成像放大器組成，或單透鏡的單級(jí)光學(xué)成像放大器，或無(wú)透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，其特征在于所述的掃描雙面反射鏡(1.5)具有兩個(gè)正交偏轉(zhuǎn)軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，其特征在于還有一小孔接收系統(tǒng)，它依次由小孔光闌(2.1)、會(huì)聚透鏡(2.2)和光電探測(cè)器(2.3)組成。
全文摘要
一種空間激光通信運(yùn)動(dòng)雙終端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M裝置，其構(gòu)成是雙通道對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)第一被測(cè)激光通信終端發(fā)射波長(zhǎng)為λ
文檔編號(hào)H04B10/08GK1658539SQ20051002320
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月10日
發(fā)明者劉立人, 萬(wàn)玲玉, 曲偉娟, 王利娟, 許楠, 欒竹, 劉德安, 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