CN106526820A - 一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线 - Google Patents

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江伦
王超
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Abstract

本发明的目的在于提供一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线，解决现有的传统空间激光通信光学天线由于次镜遮拦导致的发射效率低的问题。本发明所采用的技术方案是包括通信激光器1、准直镜2、非球面整形镜3、非球面整形镜4、天线次镜5、天线主镜6；其中非球面整形镜3与非球面整形镜4为光束整形器件，可将平行光束光强由高斯分布整形为平顶分布；该发明的有益效果是提高了传统空间激光通信光学天线的发射效率。

Description

一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线
技术领域
本发明涉及一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信光学天线，属于空间激光通信技术领域。
背景技术
空间激光通信是指利用激光束作为载波在空间(陆地或外太空)直接进行数据、语音、图像信息传送的一种技术，具有抗干扰能力强、通信速率高、体积小、重量轻和功耗低等优点。空间激光通信光学天线是激光通信终端的重要组成部分，为获得仅衍射极限的光束发散角并减小终端体积，一般采用同轴两镜反射式望远镜作为光学天线。但由于进入光学天线前的光束光强分布服从高斯分布，而望远镜的次镜恰恰将中心能量较大部分遮挡掉，造成较大的光能损失，致使发射端的发射效率较低。为了解决这一问题，前人提出了许多解决办法，包括利旋转角锥棱镜将光束整形成空心光束(参考文献：W.N.Peters,A.M.Ledger.Techniques for matching laser TEM00mode to obstructed circularaperture[J].Appl.opt.,1970,9(6):1435-1442)、利用锥面反射镜将入射的光束整形成环形光束(参考文献：孔祥蕾，郝沛民.消除中心遮拦的反射式激光扩束新方案[J].量子电子学报，2002,19(3)：205-209)、利用衍射光学元件将入射光束整形成环形光束(参考文献：俞建杰，谭立英，马晶等.一种提高卫星光通信终端发射效率的新方法[J].中国激光，2009,36(3):582-586)，但这些方法大多存在整形效率不高、或系统体积庞大、或装调困难、或加工复杂等缺点，都没能很好地解决这一问题。
因此，如何在不增加终端功耗和体积等前提下，消除次镜遮挡导致的能量损失成为该领域的研究热点。本发明则是一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线，解决现有的传统空间激光通信光学天线由于次镜遮拦导致的发射效率低的问题。
本发明所采用的技术方案是包括通信激光器1、准直镜2、非球面整形镜3、非球面整形镜4、天线次镜5、天线主镜6；由通信激光器特发出的信号光依次经过准直镜2、非球面整形镜3、非球面整形镜4、天线次镜5、天线主镜6后发射出去。其中：
1.通信激光器1发出的激光由单模光纤输出；
2.单模光纤端面放置在准直镜2焦点处，其准直光束光强分布为高斯分布；
3.经准直镜2准直的高斯分布光束通过配合设计的非球面整形镜3、非球面整形镜4后，光束光强分布为平顶分布；
4.平顶光束分布光束经过天线次镜5、天线主镜6反射后发射；
有益效果
本发明的有益效果是提高了的传统空间激光通信光学天线的发射效率
附图说明
图1为一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线。此图也是说明书摘要附图。其中，1为通信激光器1、2为准直镜、3为第一非球面整形镜、4为第二非球面整形镜、5为天线次镜、6为天线主镜；
图2为非球面整形镜工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明系统包括通信激光器1、准直镜2、非球面整形镜3、非球面整形镜4、天线次镜5、天线主镜6；由通信激光器特发出的信号光依次经过准直镜2、非球面整形镜3、非球面整形镜4、天线次镜5、天线主镜6后发射出去。其中：
1.通信激光器1为美国Gooch&Housego EM4公司生产的1550nm C波段DFB激光器，型号为EM650,输出为单模光纤，纤芯直径9μm，光纤接口类型为FC/PC；光纤端面距离准直镜2前表面9.575mm；
2.准直镜2口径为3mm，材料为BK7，按光线传播方向上的第一表面为凸面，其曲率半径为34.531mm，第二表面为凸面，曲率半径为6.39574mm；第二表面顶点距非球面整形镜第一表面顶点距离为10mm；
3.非球面整形镜3口径为4mm，材料为BK7，按光线传播方向上的第一表面为平面，其曲率半径为无穷大，第二表面为凹面，为非球面，非球面系数a2＝0.1858，a4＝-0.06069,a6＝0.02407,a8＝-0.01027,a10＝0.00417,a12＝-0.001311,a14＝0.0002577,a16＝-0.00002282,曲率半径为6.39574mm；第二表面顶点距非球面整形镜第一表面顶点距离为40mm；
4.非球面整形镜4口径为12mm，材料为BK7，按光线传播方向上的第一表面为凸面，为非球面，非球面系数a2＝0.02175，a4＝-0.00001262,a6＝-0.000001208,a8＝4.866E-008,a10＝-7.821E-10；第二表面为平面，第二表面顶点距天线次镜距离为240mm；
5.光学天线次镜5口径为20mm，材料为融石英，反射面为凸抛物面，顶点曲率半径为49.653mm，二次系数k＝-1.反射膜系材料为金属银加二氧化硅保护；顶点距主镜顶点距离为223.439mm；
6.光学天线次镜6口径为120mm，材料为融石英，反射面为凹抛物面，顶点曲率半径为496.5306mm，二次系数为k＝-1.反射膜系材料为金属银加二氧化硅保护。

Claims (4)

1.本发明的目的在于提供一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线，其特征在于：包括通信激光器(1)、准直镜(2)、非球面整形镜(3)、非球面整形镜(4)、天线次镜(5)、天线主镜(6)；通信激光器特发出的信号光依次经过准直镜(2)、非球面整形镜(3)、非球面整形镜(4)、天线次镜(5)、天线主镜(6)后发射。
2.根据专利要求1所述的一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线，其特征在于：所述的通信激光器(1)发出的激光由单模光纤输出。
3.根据专利要求1所述的一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线，其特征在于：所述的非球面整形镜(3)为凹非球面，非球面整形镜(4)为凸非球面，高斯平行光束经过非球面整形镜(3)和非球面整形镜(4)后仍为平行光束，但其光强分布为平顶分布。
4.根据专利要求1所述的一种基于非球面整形镜的高发射效率空间激光通信天线，其特征在于：天线次镜(5)和天线主镜(6)为同轴排列。
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