本發(fā)明的一種激光通信光學裝置，可滿足不同工作距離下激光終端的對接試驗要求，特別是近距離對接試驗，屬于激光通信領域。

背景技術：

激光通信系統(tǒng)以激光作為信號的載波，通過對激光載波的調制來傳輸信息，實現信息交換。激光用于通信的波束發(fā)散角很小，具有很好的抗干擾和抗截獲性能，可以極大地提高通信系統(tǒng)的安全性；同時，在傳輸同樣高碼率條件下，它還具有體積小、重量輕、功耗低的優(yōu)勢。通常激光通信系統(tǒng)都具有信標、信號發(fā)射和信標、信號接收的功能，要求光學裝置同樣具備相同的功能，而實驗室的光學集成測試平臺，它通常由大型的平行光管、大口徑平面反射鏡、分光鏡、折轉鏡、不同波段激光器、不同波段探測器、伺服機構等設備組成，設備之間相互分立、占用空間較大，不能滿足室外激光對接要求。為了滿足激光通信系統(tǒng)的室外對接要求，在保證光學裝置的技術指標前提下，需要優(yōu)化光學裝置的結構形式，減重其重量，便于光學裝置的攜帶。

技術實現要素：

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種適應不同工作距離的激光通信光學裝置，具備信標收發(fā)和信號收發(fā)功能的光學裝置；在對接工作距離為5m-10km條件下，快速實現有效口徑大于100mm激光終端的通信對接試驗要求，且結構緊湊、便于攜帶，增加了本發(fā)明的實用性。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種適應不同工作距離的激光通信光學裝置，包括：接收望遠鏡、精掃描組件、分光鏡、捕跟接收組件、折轉鏡、通信接收組件、第一信號/信標發(fā)射組件、第二信號/信標發(fā)射組件、瞄準器、殼體；接收望遠鏡、第一信號/信標發(fā)射組件、第二信號/信標發(fā)射組件、瞄準組件安裝殼體的同一側板上；接收望遠鏡的光軸、第一信號/信標發(fā)射組件的光軸、第二信號/信標發(fā)射組件的光軸、瞄準器的光軸相互平行；接收望遠鏡的光軸分別與捕跟接收組件的光軸、通信接收組件的光軸垂直；精掃描組件、分光鏡、折轉鏡分別與接收望遠鏡的光軸呈45°夾角；瞄準器發(fā)射激光束；接收望遠鏡接收信號光與信標光，經過精掃描組件反射，信標光透過分光鏡進入捕跟接收組件，信號光經分光鏡反射到折轉鏡上，并通過折轉鏡反射到通信接收組件；第一信號/信標發(fā)射組件、第二信號/信標發(fā)射組件發(fā)射信號光和信標光。

所述第一信號/信標發(fā)射組件的有效口徑為10mm，焦距為40mm，信號發(fā)散角為500urad。

所述第二信號/信標發(fā)射組件的有效口徑為10mm，焦距為40mm，信號發(fā)散角為5mrad。

所述精掃描組件的反射鏡鏡面處于接收望遠鏡的出瞳位置處，精掃描組件的機械掃描范圍為-10mrad～10mrad，反射鏡口徑為1英寸。

所述捕跟接收組件的有效口徑為50mm，視場角為100mrad，焦距為56mm。

所述通信接收組件的有效口徑為15mm，視場角為300urad，焦距為53mm。

所述折軸鏡或分光鏡的口徑為39mm。

所述瞄準器發(fā)射的激光束的波長為532nm。

所述第一信號/信標發(fā)射組件或第二信號/信標發(fā)射組件與光纖的接口采用標準的FC/APC形式。

本發(fā)明與現有技術相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明采用接收通道、發(fā)射通道分離式設計，且具備信標收發(fā)和信號收發(fā)功能，與收發(fā)通道共光路的結構形式相比，避免收發(fā)通道共光路引入的隔離度問題，降低了本發(fā)明的裝調難度。

(2)本發(fā)明的光學透射式接收望遠鏡、發(fā)射組件等有效口徑小，且所有光學元件可作為獨立模塊，集成在一個殼體內，相比于各光學設備分離式的光學系統(tǒng)測試平臺，結構緊湊、重量輕、便于攜帶。

(3)本發(fā)明滿足有效口徑大于100mm激光終端主從式的通信對接試驗要求，作為被動方，采用2個發(fā)射組件切換方式和綠光瞄準器，可滿足對接距離為5m-10km，且5m-5km和5km-10km兩檔的要求，減少激光對接試驗的難度，增加了本發(fā)明的應用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的光路示意圖；

圖2為本發(fā)明的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明瞄準機構與二維轉臺粗對準結構示意圖；

圖4為本發(fā)明的基準面示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的激光通信光學裝置光路圖。一種適應不同工作距離的激光通信光學裝置，包括接收望遠鏡1、精掃描組件2、分光鏡3、捕跟接收組件4、折軸鏡5、通信接收組件6、第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8和瞄準器9。如圖2所示，接收望遠鏡1、第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8和瞄準器9的光軸平行，接收望遠鏡1與捕跟接收組件4、通信接收組件6的光軸垂直，通過45°放置的分光鏡3、精掃描組件2和折軸鏡5對接收光束分光或改變光軸方向，保證了本發(fā)明的發(fā)射光束、接收光束光軸平行。精掃描組件2由反射鏡和二維轉動機構組成；瞄準器9由準直器實現，激光器通過光纖連接準直器，第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8由準直器實現，信號、信標激光光束耦合進同一根光纖，并通過準直器發(fā)射；捕跟接收組件4由倒置準直器和捕跟探測器實現，接收、會聚信標光到捕跟探測器的探測面上；通信接收組件6也由倒置準直器實現，接收、會聚信號光并耦合進入光纖。

在激光對接試驗過程中，本發(fā)明適用于主從掃描式的捕跟策略且作為被動方。圖3所示，首先控制二維轉臺10轉動，帶動瞄準器9的方位、俯仰角變化，使發(fā)射的綠色(532nm波長)激光束覆蓋對接終端，直到瞄準器9的光軸與對接終端的光軸盡可能重合進行對準，完成粗對準，然后保持本發(fā)明的姿態(tài)不變；根據對接試驗的距離，選擇第一信號/信標發(fā)射組件7或第二信號/信標發(fā)射組件8出射光束，同時接收對接終端的發(fā)射光束，并控制具有大掃描機械范圍(-10mrad～10mrad)精掃描組件2的反射鏡姿態(tài)，使信標光束經過接收望遠鏡1、精掃描組件2、分光鏡3，成像在捕跟接收組件4的捕跟探測器的中心位置處，捕跟鏈路建立，最后接收的信號光，經過接收望遠鏡1、精掃描組件2、分光鏡3、折轉鏡5和通信接收組件6耦合進入光纖與通信接收機的光混平器相互作用，實現激光通信。在捕跟鏈路建立過程中，通過控制精掃描組件2彌補粗對準引入的發(fā)射、接收光軸偏差，可以方便、快速地完成激光鏈路的建立。

如圖4所示，本發(fā)明采用寬光譜透射式接收望遠鏡1、瞄準器9和第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8安裝在殼體10的一個基準面，其中第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8與接收通道分離，保證發(fā)射組件的激光不被捕跟接收組件4或通信接收組件6探測到，避免因收發(fā)共光路引入的隔離度問題。通常衛(wèi)星激光終端的有效口徑通常大于100mm，本發(fā)明采用接收望遠鏡1的有效口徑為50mm，放大倍率為5，其口徑大于卡塞-格倫光學天線的中心遮擋，第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8有效口徑約為10mm，第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8、瞄準器9與接收望遠鏡1近相切式緊密排布，結合光學透鏡和機械結構尺寸，外包絡小于100mm。采用透射式接收望遠鏡1的形式，對入射光進行壓縮光束，降低了望遠鏡的加工難度。

如圖4所示，本發(fā)明的信標發(fā)射和信號發(fā)射共用一個光學組件，采用波分復用器將2根光纖的調制信號光、捕跟信標光束耦合到同1根光纖中，通過發(fā)射組件進行發(fā)射。第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8都與光纖的接口采用標準的FC/APC形式連接，可以插拔光纜，便于攜帶。本發(fā)明在滿足捕跟、通信鏈路建立的情況下，減少了1個發(fā)射組件，優(yōu)化了光學裝置的結構，減輕了光學裝置的重量。

第一信號/信標發(fā)射組件7和第二信號/信標發(fā)射組件8，有效口徑D約為10mm，若通信波長λ為1550nm，理論發(fā)散角約為378urad，發(fā)散較小，可滿足5m-10km距離的通信試驗激光鏈路建立要求。小于10km的對接距離，光束按照菲涅爾衍射原理傳播，激光光束有一定的發(fā)散角。根據幾何光學成像原理，控制激光光纖頭與信號/信標發(fā)射組件焦點位置關系，當兩者的相對位置不重合，即產生了一定的離焦量，可增大信號/信標發(fā)射組件出射激光束的發(fā)散角。若離焦量為d光學支路焦距為f，數值孔徑為NA，則發(fā)射角變化量為Δθ，滿足根據不同通信試驗距離的要求，可確定發(fā)射組件發(fā)射角大小，結合發(fā)射組件視場角和像質，采用高精度、不同厚度墊圈可以得到特定的離焦量，可得到需要的發(fā)散角。為避免在對接過程中調節(jié)發(fā)射組件，同時降低遠距離激光對接試驗的難度，保證光斑大小為米量級，便于激光捕跟鏈路的快速建立，根據發(fā)散角與離焦量變化公式，本發(fā)明采用2個光學參數相同的發(fā)射組件，焦距為40mm，發(fā)散角不同，其中第一信號/信標發(fā)射組件7的信號發(fā)散角為500urad、第二信號/信標發(fā)射組件8的信號發(fā)散角為5mrad，通過信號/信標發(fā)射組件的切換，可分別滿足5m～5km、5km～10km的對接距離。

如圖2所示，本發(fā)明涉及的光學接收通道主要包含精掃描組件2、分光鏡3、折軸鏡5、捕跟接收組件4和通信接收組件6。精掃描組件2的反射鏡鏡面處于接收望遠鏡1的出瞳位置處，本發(fā)明采用的精掃描組件2的機械掃描范圍為-10mrad～10mrad，反射鏡口徑為1英寸。本發(fā)明采用的捕跟接收組件4的倒置準直器在接收望遠鏡1出瞳位置的較近的距離處，它有效口徑小但可捕獲大發(fā)射角的激光光束，通常視場角為百毫弧度量級，倒置準直器的有效口徑為50mm，視場角100mrad，焦距56mm。通信接收支路6的視場小，通常為百微弧度量級，本發(fā)明采用的通信接收組件6有效口徑為15mm，視場角300urad，焦距53mm，經過折軸鏡5反射的激光光束，對通信接收組件6的有效口徑影響較小，本發(fā)明采用折軸鏡5和分光鏡3的口徑為39mm。第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8、瞄準器9與接收望遠鏡1近相切式緊密排布，精掃描組件2的電接口以及各光學組件的光接口都采用可插拔的方式。

采用接收通道、發(fā)射通道分離式設計，光學接收通道主要包含精掃描組件2、捕跟接收組件4和通信接收組件6，發(fā)射通道由第一信號/信標發(fā)射組件7、第二信號/信標發(fā)射組件8和瞄準器9組成，具備信標收發(fā)和信號收發(fā)功能。光學接收望遠鏡1、信號/信標發(fā)射組件口徑小，因此本發(fā)明結構形式清楚、空間排列緊湊，相比于各分離式光學設備組合的光學系統(tǒng)測試平臺，更利于實現小型化、模塊化、輕量化、易便攜。

信號和信標發(fā)射共用一個光學組件，且采用標準的FC/APC形式與光纖連接，2個不同發(fā)散角的發(fā)射組件相互切換，進行工作距離的選擇，滿足有效口徑大于100mm激光終端的通信對接試驗要求，對接距離為5m～5km、5m～10km，極大地減少激光對接試驗的難度，增加了光學裝置的應用性

本發(fā)明的原理：激光通信對接過程，接收的信號光與信標光通過接收望遠鏡1進入接收通道，經過精掃描組件2反射，信標光透過分光鏡3進入捕跟接收組件4，信號光經分光鏡3反射到折轉鏡5上，并反射到通信接收組件6；第一信號/信標發(fā)射組件7或第二信號/信標發(fā)射組件8發(fā)射信號光和信標光，其中出射信號光束、信標光束、接收信號光束、信標光束和瞄準激光束光軸平行。

本發(fā)明說明書未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知常識。