CN100373213C - 双焦距平行光管 - Google Patents
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Abstract
一种用于激光通信终端的地面检测和验证装置中的双焦距平行光管，由主镜、分光镜和次镜构成，所述的主镜和次镜均具有正的光焦度，所述的主镜具有长的焦距，所述的分光镜位于主镜的后焦点之前并与主镜的光轴成45°放置，在分光镜的反射光路上设置所述的次镜，所述的次镜处于主镜在分光镜的反射光路上形成的焦点之前，所述的主镜与分光镜为消像差组合。本发明使检测和验证装置既能满足星间激光通信终端捕获、跟踪检测对大视场的要求，又能满足星间激光通信终端跟踪、瞄准精度的高精度检测和验证对长焦距的要求，同时使星间激光通信终端检测和验证装置具有结构简单、操作方便的特点。
Description
技术领域
本发明涉及星间激光通信，特别是一种用于激光通信终端的地面检测和验证装置中的双焦距平行光管。
技术背景
星间激光通信终端的地面检测和验证通常采用平行光管的手段来进行。在星间激光通信终端捕获、跟踪和瞄准性能的检测和验证装置中，平行光管用来接收或发射通信、信标激光。为了检测星间激光通信终端的捕获、跟踪性能，要求平行光管具有大的视场。为了对星间激光通信终端的跟踪和瞄准精度进行检测、验证，要求平行光管具有长的焦距以提高其角分辨率。在一定的口径条件下，平行光管要增大其视场，必须缩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时将减小平行光管的视场。在单一焦距的平行光管中，长焦距与大视场是一对相互矛盾的参数。
在先技术[1](参见Bernard Laurent，Gilles Planche.Silex overviewafter flirht 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)的激光通信终端的静态光学性质和瞄准性能测试。TTOGSE由大口径平行光管和各种光学测量仪器组成。TTOGSE中的平行光管为单焦距结构。承载平行光管的测试台装配于由马达驱动的定向架上，利用定向架的旋转使平行光管可沿双轴转动，以实现被测星间激光通信终端在其整个视场内的检测。转动平行光管等效地扩大了平行光管的视场，但是检测和验证装置的结构比较复杂。
在先技术[2](A.Biswas，K.E.Wilson，N.A.Page.Lasercom test andvaluation station(LTES)development：anupdate.Proc.SPIE，Vol.3266，1998，2-32)描述的星间激光通信终端检测和验证平台LTES中，平行光管采用反射式的单焦距光路，其主镜口径和焦距分别为250mm和4.13m。在检验星间激光通信终端的捕获、跟踪、瞄准性能时，安放被测激光通信终端的平台由双轴微步进马达控制而沿双轴精密旋转，以降低平行光管视场的要求。通过采用旋转被测激光通信终端实现被测通信终端在其整个视场内的检测，也使检测和验证装置的结构比较复杂。
在先技术[3](K Nakagawa，A Yamamoto.Engineering model test ofLUCE(Laser Utilizing Communication Equipment).Proc.SPIE，Vol.2699，1996，114～121)描述的星间激光通信实验室验证系统GOAL(GroundOptical Assistance for LUCE)用来检测LUCE的性能。GOAL采用单焦距的平行光管，由于平行光管的视场比较有限，GOAL不能测试捕获时间。捕获时间的测试使用目标终端模拟器TTS(Target Terminal Simulator)来进行。通过采用TTS测量捕获时间以弥补平行光管视场的不足，也使检测和验证装置的结构比较复杂，且使检测更为不便。
在先技术[4](K.Inagaki，M.Nohara，K.Araki，et al..Free-spacesimulator for laser transmission.Proc.SPIE Vol.1417，1991，160-169)描述的自由星间激光传输模拟器通过精密测量光束的远场图样来评估星间激光通信终端的光束控制系统的精度和性能。自由星间激光传输模拟器上是一个大口径长焦距平行光管，其孔径焦距分别为260mm、17.5m。由于平行光管采用单焦距光路结构，自由星间激光传输模拟器只能用于小视场高精度检测，无法检测捕获、跟踪等与大视场相关的性能参数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述在先技术的困难，提供一种用于星间激光通信终端检测和验证装置的双焦距平行光管，使检测和验证装置既能满足星间激光通信终端捕获、跟踪检测对大视场的要求，又能满足星间激光通信终端跟踪、瞄准精度的高精度检测和验证对长焦距的要求，同时使星间激光通信终端检测和验证装置具有结构简单、操作方便的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种双焦距平行光管，其特征在于由主镜、分光镜和次镜构成，所述的主镜和次镜均具有正的光焦度，所述的主镜具有长的焦距，所述的分光镜位于主镜的后焦点之前并与主镜的光轴成45°放置，在分光镜的反射光路上设置所述的次镜，所述的次镜处于主镜在分光镜的反射光路上形成的焦点之前，所述的主镜与分光镜为消像差组合。
所述的主镜为具有正光焦度的透镜组或非球面透镜。
所述的分光镜为分光棱镜或者平面分光镜。
所述的次镜为具有正光焦度的透镜组或者非球面透镜。
所述的主镜与次镜组合的光学系统的焦距比主镜的焦距短。
在所述的分光镜的反射光路上，所述的次镜之后还有反射镜。
所述的反射镜为平面反射镜、或反射棱镜、或反射镜组，用来转折光路使平行光管的结构更为紧凑。
本发明的技术效果：
本发明的双焦距平行光管的长、短焦距部分分别配合包含光电位置探测器的探测系统可实现对星间激光通信终端的全部捕获、跟踪和瞄准性能进行检测和验证。对于一定像素数和像元大小的光电位置探测器，本发明的双焦距平行光管的短焦距部分具有大的视场，可以用于星间激光通信终端的捕获、跟踪过程观察与捕获性能检测；而长焦距部分具有高的角分辨率，可以用于跟踪、瞄准过程中对星间激光通信终端跟踪、瞄准精度的测量。
附图说明
图1为本发明的双焦距平行光管的光路
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明的双焦距平行光管实施例的光路图。由图可见，本发明双焦距平行光管包括主镜1，分光镜2、次镜3和反射镜4。光束经过主镜1后入射在分光镜2上。分光镜2处于主镜1的后焦点之前。光束经过分光镜2后被分成两束光，一束光由分光镜2透射后聚焦于主镜1的焦点5上；另一束光由分光镜2反射，经过次镜3后再由反射镜4反射，聚焦于主镜1与次镜3组合的光学系统的后焦点6上。上面所说的主镜1为具有正光焦度的透镜组或非球面透镜，分光镜2为分光棱镜或者平面分光镜，主镜1与分光镜2组合消像差。主镜1具有长的焦距，形成本发明的双焦距平行光管的长焦距部分。次镜3为具有正光焦度的透镜组或者非球面透镜，次镜3处于主镜1在分光镜2的反射光路上形成的焦点之前，由于主镜1与次镜3均具有正的光焦度，主镜1与次镜3组合的光学系统的焦距比主镜1的焦距短，形成本发明的双焦距平行光管的短焦距部分。
平行光束通过非球面主镜1后，经过平面分光镜2的透射、反射，光束分成两束。一束光经平面分光镜2透射后聚焦在长焦距部分的焦点5上；另一束光经平面分光镜2反射后，经过透镜组结构的次镜3及平面反射镜4聚焦在短焦距部分的焦点6上。双焦距平行光管的短焦距部分与探测系统组合，用于对被测星间激光通信终端进行大视场的捕获、跟踪；双焦距平行光管的长焦距部分与探测系统组合，用于对星间激光通信终端的捕获和跟踪精度进行精密测量。
下面对一个设计实例给出具体的设计参数：
主镜1的前表面为非球面，后表面为平面，主镜1的后表面与分光镜2的中心距离为8000mm。分光镜2为平面分光镜，它的几何高度、厚度分别为70mm、15mm，分光镜2后表面的中心与焦点5的距离为1872.09mm。次镜3是由三块相互分离的透镜组成的透镜组，次镜3的前表面距分光镜2中心的距离为900mm，次镜3的后表面距焦点6的距离为116.71mm，次镜3与主镜1组合形成的短焦距部分的焦距为1321.22mm。若光电位置探测器采用高速CMOS相机，其像元数为1024×1024，该双焦距平行光管的长焦距部分的角分辨率为1.2μrad，短焦距可测量的视场为9.3mrad。
经试用表明，本发明的双焦距平行光管的长、短焦距部分分别配合包含光电位置探测器的探测系统可实现对星间激光通信终端的全部捕获、跟踪和瞄准性能进行检测和验证。对于一定像素数和像元大小的光电位置探测器，本发明的双焦距平行光管的短焦距部分具有大的视场，可以用于星间激光通信终端的捕获、跟踪过程观察与捕获性能检测；而长焦距部分具有高的角分辨率，可以用于跟踪、瞄准过程中对星间激光通信终端跟踪、瞄准精度的测量。
Claims (6)
1.一种双焦距平行光管，其特征在于由主镜(1)、分光镜(2)、次镜(3)和反射镜(4)构成，所述的主镜(1)和次镜(3)均具有正的光焦度，所述的主镜(1)具有长的焦距，所述的分光镜(2)位于主镜(1)的后焦点之前并与主镜(1)的光轴成45°放置，在分光镜(2)的反射光路上设置所述的次镜(3)和所述的反射镜(4)，所述的次镜(3)处于主镜(1)在分光镜(2)的反射光路上形成的焦点之前，所述的主镜(1)与分光镜(2)为消像差组合，所述的主镜(1)与次镜(3)组合的光学系统的焦距比主镜(1)的焦距短。
2.根据权利要求1所述的双焦距平行光管，其特征在于所述的主镜(1)为具有正光焦度的透镜组或非球面透镜。
3.根据权利要求2所述的双焦距平行光管，其特征在于所述的分光镜(2)为分光棱镜或者平面分光镜。
4.根据权利要求3所述的双焦距平行光管，其特征在于所述的次镜(3)为具有正光焦度的透镜组或者非球面透镜。
5.根据权利要求1至4任一项所述的双焦距平行光管，其特征在于在所述的分光镜(2)的反射光路上，所述的次镜(3)之后设置所述的反射镜(4)。
6.根据权利要求5所述的双焦距平行光管，其特征在于在所述的反射镜(4)为平面反射镜、或反射棱镜、或反射镜组。
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