CN103592757A - 一种宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，特征是包括入射窗口、离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜、球面三镜、可移动式折转平面反射镜、折转平面反射镜、大出射窗口、小出射窗口、真空腔体与真空泵系统；当可移动式折转平面反射镜移出光路时，可构成一个离轴三反无焦望远通道；当可移动式折转平面反射镜移入光路时，可构成一个离轴卡塞格林长焦望远通道。本发明能够实现大视场、高倍率光束口径的变换，满足空间光通信端机大口径、宽波段的动态参数测试要求。另外，在次镜和三镜之间加入折转平面反射镜，构成离轴卡塞格林长焦望远通道，其焦距可达20m，用于远场分布高精度测试，从而满足空间光通信端机不同动静态参数的测试需要。

Description

一种宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统

技术领域

本发明涉及一种用于空间光通信端机动静态参数测试的多功能离轴反射式望远系统，用于空间光通信端机在地面实验室进行校准测试和性能验证的需要。

背景技术

空间光通信光学系统口径大(最大超过250mm)，且其许多指标已达到或接近衍射极限，为满足如此高指标通信系统性能测试要求，通常会针对不同的参数设计建立不同的检验测试装置，如空间光通信端机远场分布的参数的测量，通常会采用透镜焦平面的测试方法，透镜多为大口径长焦距非球面平凸透镜设计。由于实验室空间及透镜加工技术的限制，透镜的焦距不能做的很长，一般会小于10m，使得测量结果的精度不高。另外空间光通信通信波段已经覆盖0.8μm，1.06μm，1.55μm三个工作波段，采用透射式结构设计，不能同时兼顾三个波段的测试。空间光通信端机跟瞄精度的测量常用的方法是线性法即利用采用压电陶瓷(PZT)驱动点光源在长焦距透镜焦平面上做线性运动，改变视场实现测量，但这种方法测量范围小，通常最大为几百个微弧度。

望远镜系统可以分为开普勒和伽利略两种主要结构形式，开普勒式结构的物镜与目镜之间会存在实像点，而伽利略结构的物镜与目镜之间不存在实像点。望远系统按材料又可分为透射式和反射式两种结构，透射式结构由于材料限制难以实现宽波段、大口径的要求，共轴反射式系统的视场、放大倍率不能同时做大，而离轴反射式结构可同时实现宽波段、大视场、大口径及高倍率的要求。因此本发明离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统采用开普勒反射式设计，通过加入可移动平面反射镜使实像点偏离原光路，构成一个新的聚焦成像通道，再加上原先的望远通道实现系统成像和光束口径变换的两大作用，实现空间光通信光学系统宽波段、多参数的测量要求。

现有的用于空间光通信端机动静态参数测试的望远系统，存在以下不足：

一是为满足不同参数的测试指标要求，通常会针对不同的参数设计建立不同的检验测试系统。

二是现有光通信端机远场分布测试系统通常采用大口径折射式非球面透镜设计，且由于系统体积结构的限制焦距一般不超过10m，因此空间光通信端机远场分布测试精度不够高且也不能同时兼顾三个通信波段的测试。

三是线性法测量空间光通信端机跟瞄精度是通过压电陶瓷(PZT)驱动点光源在长焦距透镜焦平面上做线性运动，从而改变视场实现，但这种方法测量范围小，通常最大为几百个微弧度。

发明内容

本发明的任务在于解决现有技术中用于空间光通信端机动静态参数测试的望远系统存在的技术缺陷，提供一种宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统。

其技术解决方案是：

一种宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，包括入射窗口、离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜、球面三镜、可移动式折转平面反射镜、折转平面反射镜、大出射窗口、小出射窗口、真空腔体与真空泵系统；上述离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜、球面三镜、可移动式折转平面反射镜及折转平面反射镜位于真空腔体内，入射窗口、大出射窗口及小出射窗口设置在真空腔体的壳壁上；当可移动式折转平面反射镜移出光路时，由入射窗口入射的大口径平行光束，经离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜和球面三镜后，变换为小口径平行光束，经折转平面反射镜改变方向后由小出射窗口出射，构成一个离轴三反无焦望远通道；当可移动式折转平面反射镜移入光路时，由入射窗口入射的大口径平行光束，经离轴抛物面主镜和离轴双曲面次镜后，变换为会聚光束，经可移动式折转平面反射镜改变方向后由大出射窗口出射，构成一个离轴卡塞格林长焦望远通道。

上述入射窗口、大出射窗口与小出射窗口，各透射窗口是采用JGS1熔石英制成的，并镀有700nm～1700nm宽波段的增透膜。

上述离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜、球面三镜、可移动式折转平面反射镜与折转平面反射镜，各镜是采用微晶玻璃制成的，并镀有铝反射膜。

上述真空泵系统采用由爪式干泵和分子泵串联而成的复合分子泵，该复合分子泵的极限真空度可达到10^-5Pa。

上述可移动式折转平面反射镜配置有驱动机构。

上述宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，还包括CCD探测器与二维快速振镜；CCD探测器位于真空腔体的外侧，直对大出射窗口，二维快速振镜位于真空腔体的外侧，直对小出射窗口。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明是由离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜及球面三镜构成的离轴三反式无焦望远系统，能够实现大视场、高倍率光束口径的变换。本发明可等效于具有实焦点的开普勒望远镜系统，其中离轴抛物面主镜和离轴双曲面次镜等效于物镜，球面三镜等效于目镜，因此可以在次镜和三镜之间加入可移动式折转平面反射镜，由驱动机构控制，此时由主镜和次镜构成卡塞格林两镜长焦望远通道，即通过可移动式折转平面反射镜移入或移出光路，实现系统不同望远通道之间相互切换。

本发明中的离轴三反式无焦望远通道等效于开普勒式设计，能够实现大视场、高倍率光束口径的变换，满足空间光通信端机大口径、宽波段的动态参数测试要求。另外，在次镜和三镜之间加入折转平面反射镜，构成离轴卡塞格林长焦望远通道，其焦距可达20m，用于远场分布高精度测试，从而满足空间光通信端机不同动静态参数的测试需要。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作更进一步的说明：

图1为本发明一种实施方式的结构原理示意图。

图2为图1方式的一种应用状态的结构原理示意图。

图3为图1方式的另一种应用状态的结构原理示意图。

具体实施方式

结合图1，一种宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，包括入射窗口1、离轴抛物面主镜2、离轴双曲面次镜3、球面三镜4、可移动式折转平面反射镜5、折转平面反射镜6、大出射窗口7、小出射窗口8、真空腔体11与真空泵系统12。上述离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜、球面三镜、可移动式折转平面反射镜及折转平面反射镜位于真空腔体内，入射窗口、大出射窗口及小出射窗口设置在真空腔体的壳壁上。上述可移动式折转平面反射镜配置有驱动机构，通过控制驱动机构，由驱动机构驱使可移动式折转平面反射镜移出或移入光路。当可移动式折转平面反射镜移出光路时，由入射窗口入射的大口径平行光束，经离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜和球面三镜后，变换为小口径平行光束，经折转平面反射镜改变方向后由小出射窗口出射，构成一个离轴三反无焦望远通道。当可移动式折转平面反射镜移入光路时，由入射窗口入射的大口径平行光束，经离轴抛物面主镜和离轴双曲面次镜后，变换为会聚光束，经可移动式折转平面反射镜改变方向后由大出射窗口出射，构成一个离轴卡塞格林长焦望远通道。

优选地，上述宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统还包括CCD探测器9与二维快速振镜10。CCD探测器位于真空腔体的外侧，直对大出射窗口。二维快速振镜位于真空腔体的外侧，直对小出射窗口。

优选地，上述入射窗口、大出射窗口与小出射窗口，各透射窗口是采用JGS1熔石英制成的，并镀有700nm～1700nm宽波段的增透膜。

优选地，上述离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜、球面三镜、可移动式折转平面反射镜与折转平面反射镜，各镜是采用微晶玻璃制成的，并镀有铝反射膜。

优选地，上述真空泵系统采用由爪式干泵和分子泵串联而成的复合分子泵，该复合分子泵的极限真空度可达到10^-5Pa。

本发明的应用例1

结合图2，通过控制驱动机构，由驱动机构驱使可移动折转平面反射镜移入光路，构成离轴卡塞格林两镜长焦望远通道。经入射窗口的平行光束，入射到离轴抛物面主镜，离轴抛物面主镜的有效口径为300mm，离轴量为400mm，离轴双曲面次镜位于主镜焦点之内，光束经可移动式折转平面反射镜聚焦成像于真空腔体外的CCD探测器上，整个系统焦距可达20m，CCD探测器像元为7.4μm，系统的角分辨率达到0.38μrad，在工作波长0.8μm处波像差优于λ/10。

本发明的应用例2

结合图3，由驱动机构驱使可移动式折转平面反射镜移出光路，构成离轴三反式无焦望远通道。光路前半部分与离轴卡塞格林两镜长焦望远通道相同，等效于构成一个长焦物镜，其焦点与球面三镜共焦，出射的小口径平行光束经折转平面反射镜改变方向后由小出射窗口出射，系统的入瞳位于离轴抛物面主镜上，出瞳处放置二维快速振镜10进行空间光通信动态跟瞄参数的测量。整个系统的入射光束口径为300mm，放大倍数为25×，视场为子午方向±0.25°，弧矢方向±0.5°，全视场内出射光束质量达到衍射极限。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，其特征在于包括入射窗口、离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜、球面三镜、可移动式折转平面反射镜、折转平面反射镜、大出射窗口、小出射窗口、真空腔体与真空泵系统；上述离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜、球面三镜、可移动式折转平面反射镜及折转平面反射镜位于真空腔体内，入射窗口、大出射窗口及小出射窗口设置在真空腔体的壳壁上；当可移动式折转平面反射镜移出光路时，由入射窗口入射的大口径平行光束，经离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜和球面三镜后，变换为小口径平行光束，经折转平面反射镜改变方向后由小出射窗口出射，构成一个离轴三反无焦望远通道；当可移动式折转平面反射镜移入光路时，由入射窗口入射的大口径平行光束，经离轴抛物面主镜和离轴双曲面次镜后，变换为会聚光束，经可移动式折转平面反射镜改变方向后由大出射窗口出射，构成一个离轴卡塞格林长焦望远通道。

2.根据权利要求1所述的宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，其特征在于：上述入射窗口、大出射窗口与小出射窗口，各透射窗口是采用JGS1熔石英制成的，并镀有700nm～1700nm宽波段的增透膜。

3.根据权利要求1所述的宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，其特征在于：上述离轴抛物面主镜、离轴双曲面次镜、球面三镜、可移动式折转平面反射镜与折转平面反射镜，各镜是采用微晶玻璃制成的，并镀有铝反射膜。

4.根据权利要求1所述的宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，其特征在于：上述真空泵系统采用由爪式干泵和分子泵串联而成的复合分子泵，该复合分子泵的极限真空度可达到10^-5Pa。

5.根据权利要求1所述的宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，其特征在于：上述可移动式折转平面反射镜配置有驱动机构。

6.根据权利要求1所述的宽波段离轴反射式长焦/无焦双通道望远系统，其特征在于还包括CCD探测器与二维快速振镜；CCD探测器位于真空腔体的外侧，直对大出射窗口，二维快速振镜位于真空腔体的外侧，直对小出射窗口。

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