CN107037575B - 一种离轴反射式光学天线及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离轴反射式光学天线，包括：壳体和设置在壳体内的离轴抛物面反射镜，以及设置在壳体一端的光纤接口；光纤接口设置在离轴抛物面反射镜的焦点处，光纤接口用于发射或接收信号光后进行传输；相比现有技术，本发明反射式光学发射天线使用器件较少，将光纤接口直接设置在离轴抛物面反射镜焦点位置处，安装调试简单方便；采用离轴抛物面反射镜，和离轴准直耦合方式，耦合效率高；本发明反射式光学发射天线，对不同波段的光具有相同光路，避免了不同波长的色差对对准装调造成的不利影响。

Description

一种离轴反射式光学天线及系统

技术领域

本发明属于空间激光通信技术领域，特别涉及一种离轴反射式光学天线及系统。

背景技术

在激光通信系统中，用于空间光通信的收发端机在开始激光通信之前，必须将收发端机进行对准，并且这种对准要求有很高的精度。现有的空间光通信光学天线一般为透射式的光学透镜系统，这种光学天线是采用平行光通过透镜汇聚的原理，然而一般用于通信的激光波长为1550nm或1310nm的非可见光，这给激光通信系统收发两端的对准调节工作带来很大的困难，因此目前最好的解决办法是，先采用可见光波段内的激光进行系统的对准，之后再用非可见光实现激光通信。

然而这种先用可见光波段的激光进行系统对准，再用非可见光波段的激光进行通信的方式，给现有的透镜式光学天线带来了极大的挑战，在实际应用中，十分不便。用于对准的可见光和用于通信的非可见光具有的波长不同，在透镜式光学系统中存在色差问题。在远距离自由空间激光通信中，尤其是大气自然环境下的激光通信，系统作用距离远，链路损耗大，接收机接收到的信号光功率十分微弱，为了有效的提取光信号，要求接收系统具有很高的耦合效率。传统的透镜式光学天线，由于通信激光与对准激光之间存在色差，即使使用对准激光实现了对准，仍会导致接收端光纤的耦合效率降低，提取的光信号微弱，无法满足系统的使用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用离轴抛物面反射镜、应用于远距离自由空间激光通信的离轴反射式光学天线。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案:一种离轴反射式光学天线，包括：壳体和设置在所述壳体内的离轴抛物面反射镜，以及设置在所述壳体一端的光纤接口；所述光纤接口设置在所述离轴抛物面反射镜的焦点处，所述光纤接口用于发射或接收信号光后进行传输。

优选地，所述壳体包括第一光通道和第二光通道，所述第一光通道的一端与所述第二光通道的一端相连接；所述离轴抛物面反射镜设置在所述第一光通道与所述第二光通道相连接的一端；所述光纤接口设置在所述第一光通道的另一端，且所述光纤接口位于所述离轴抛物面反射镜的焦点处。

优选地，所述第一光通道与所述第二光通道的夹角小于90度。

优选地，所述第一光通道与所述第二光通道的夹角为90度，所述离轴抛物面反射镜采用离轴角为90度的离轴抛物面反射镜。

优选地，所述第一光通道和所述第二光通道为一体成型结构。

优选地，还包括与所述壳体的一端可拆卸式固定连接的保护盖。

优选地，所述保护盖与所述壳体螺纹连接或卡合连接。

优选地，所述离轴抛物面反射镜采用离轴抛物金属膜反射镜。

优选地，所述光纤接口采用SC、ST或FC中的一种。

本发明还提供一种离轴反射式光学天线系统，用于空间光通信系统中，包括第一发射天线、第一接收天线、第二发射天线和第二接收天线；

所述第一发射天线、所述第一接收天线、所述第二发射天线和所述第二接收天线均采用以上技术方案中所述的离轴反射式光学天线；所述第一发射天线和第一接收天线位于所述空间光通信系统的一端，所述第二接收天线和第二发射天线位于所述空间光通信系统的另一端；

所述第一发射天线与所述第二接收天线相配合，所述第二发射天线与所述第一接收天线相配合，实现所述空间光通信系统两端的光通信。

本发明采用以上技术方案，采用离轴抛物面反射镜的光学天线，与现有技术相比，其具有如下的优点：

(1)、本发明离轴反射式光学天线使用器件较少，将光纤接口直接设置在离轴抛物面反射镜焦点位置处，安装调试简单方便。

(2)、本发明离轴反射式光学天线采用离轴抛物面反射镜，并采用离轴准直耦合方式，耦合效率高。

(3)、本发明离轴反射式光学天线，对不同波段的光具有相同光路，避免了不同波长的色差对对准装调造成的不利影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明离轴反射式光学天线优选方案结构示意图；

图2为本发明离轴反射式光学天线系统组成示意图。

图中：1、壳体；2、离轴抛物面反射镜；3、光纤接口；4、保护盖；10、第一光通道；11、第二光通道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种离轴反射式光学天线，包括：壳体1和设置在所述壳体1内的离轴抛物面反射镜2，以及设置在所述壳体1一端的光纤接口3；所述光纤接口3设置在所述离轴抛物面反射镜2的焦点处，所述光纤接口3用于发射或接收信号光后进行传输。

为了进一步详述本发明，现就本发明的工作原理说明如下：

离轴抛物面反射镜的焦距在宽波长范围内保持不变，基于这一特性，本发明提供的离轴反射式光学天线，光纤接口3设置在离轴抛物面反射镜2的焦点处，实现空间光通信中光学天线的收发功能；

本发明提供的离轴反射式光学天线作为发射天线，对准装调阶段，信号发射光纤首先采用可见激光光源，光源发射的信号光经发射光纤从光纤接口出射后，再经过离轴抛物面反射镜反射准直，成为平行光束发射出去；通过调整空间光通信系统使可见光平行光束入射到空间光通信另一端的接收天线上；

接收天线也采用离轴反射式光学天线；平行光束，以一定角度从接收天线的壳体的一端入射到离轴抛物面反射镜上，入射光经过离轴抛物面反射镜反射汇聚到光纤接口处，入射光耦合接入光纤接口的接收光纤中；空间光通信系统中接收天线侧的接收装置处接光功率计，通过调节空间光通信系统发射天线的相对位置和角度，找到接收光功率最大值时所对应的位置，该位置即是对准位置，保持发射、接收天线的相对位置不变，对准装调完成；

再将发射光纤的光源由可见激光光源换为非可见光波段的通信激光源，进行后续的通信过程。

本发明设置离轴抛物面反射镜，采用反射准直原理进行发射、反射聚焦原理进行接收，避免了现有技术中光学天线采用透射光学系统对不同波长光产生色差的缺陷，在确保对准精度的同时，极大的提高了耦合效率。同时由于本发明光学天线采用的是离轴式设计，避免了共轴式设计光路遮挡导致的能量损失。

本发明的该型离轴反射式光学天线，其元器件数量相对来说较少，耦合效率较高；且生产成本较低，结构和装调工艺简单，可广泛应用于自由空间激光通信中，拥有广阔的应用前景和商业价值。

作为一种优选的实施方式，如图1所示，所述壳体1包括第一光通道10和第二光通道11，所述第一光通道10的一端与所述第二光通道11的一端相连接；所述离轴抛物面反射镜2设置在所述第一光通道10与所述第二光通道11相连接的一端；所述光纤接口3设置在所述第一光通道10的另一端，且所述光纤接口3位于所述离轴抛物面反射镜2的焦点处；

作为接收天线，光信号从第二光通道11进入，经过设置在第一光通道10和第二光通道11连接处的离轴抛物面反射镜2反射，汇聚到第一光通道10另一端的光纤接口3处，由光纤接口3进行传输；与之相类似，作为发射天线的光路传输过程这里就不再赘述了。

作为一种优选的实施方式，所述第一光通道10与所述第二光通道11的夹角小于或等于90度。

作为一种优选的实施方式，所述第一光通道10和所述第二光通道11为一体成型结构；使用起来更牢固。

作为一种优选的实施方式，还包括与所述壳体1的一端可拆卸式固定连接的保护盖4；保护盖4可有效防护离轴抛物面反射镜2，在系统不使用时，可防止异物进入，降低发射天线内光学器件被污染损坏的风险。

进一步地，作为具体选择，所述保护盖4与所述壳体1螺纹连接或卡合连接。

对于上述实施方式，第一光通道10和第二光通道11的口径，以及离轴抛物面反射镜2的焦距、离轴角度，可根据实际使用情况进行调整。

作为一种具体的实施方式，所述离轴抛物面反射镜2采用离轴抛物金属膜反射镜。离轴抛物面金属反射镜技术成熟，具有镀金(铝)膜、多种离轴角及尺寸规格选择，采购方便，便于不同应用场景的光学系统的开发生产。

作为一种具体的实施方式，所述光纤接口3采用SC、ST或FC中的一种。

此外，如图2所示，本发明还提供一种离轴反射式光学天线系统，用于空间光通信系统中，包括第一发射天线、第一接收天线、第二发射天线和第二接收天线；

所述第一发射天线、所述第一接收天线、所述第二发射天线和所述第二接收天线均采用以上技术方案中所述的离轴反射式光学天线；所述第一发射天线和第一接收天线位于所述空间光通信系统的一端，所述第二接收天线和第二发射天线位于所述空间光通信系统的另一端；

所述第一发射天线与所述第二接收天线相配合，所述第二发射天线与所述第一接收天线相配合，实现所述空间光通信系统两端的光通信。

采用该离轴反射式光学天线系统，需通信的两端分别设置相配合的发射天线和接收天线，实现空间光通信系统两端的双向通信。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

本发明采用采用离轴抛物面反射镜式的光学天线，与现有技术相比，其具有如下的优点：

(1)、本发明反射式光学天线使用器件较少，将光纤接口直接设置在离轴抛物面反射镜焦点位置处，安装调试简单方便。

(2)、本发明反射式光学天线采用离轴抛物面反射镜，并采用离轴准直耦合方式，耦合效率高。

(3)、本发明反射式光学天线，对不同波段的光具有相同光路，避免了不同波长的色差对对准装调造成的不利影响。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种离轴反射式光学天线系统，用于空间光通信系统中，其特征在于：包括第一发射天线、第一接收天线、第二发射天线和第二接收天线；

所述第一发射天线和第一接收天线位于所述空间光通信系统的一端，所述第二接收天线和第二发射天线位于所述空间光通信系统的另一端；

所述第一发射天线与所述第二接收天线相配合，所述第二发射天线与所述第一接收天线相配合，实现所述空间光通信系统两端的光通信；

其中，所述第一发射天线、所述第一接收天线、所述第二发射天线和所述第二接收天线均采用离轴反射式光学天线；

所述离轴反射式光学天线，包括：壳体和设置在所述壳体内的离轴抛物面反射镜，以及设置在所述壳体一端的光纤接口；所述光纤接口设置在所述离轴抛物面反射镜的焦点处，所述光纤接口用于发射或接收信号光后进行传输；

所述壳体包括第一光通道和第二光通道，所述第一光通道的一端与所述第二光通道的一端相连接；所述离轴抛物面反射镜设置在所述第一光通道与所述第二光通道相连接的一端；所述光纤接口设置在所述第一光通道的另一端，且所述光纤接口位于所述离轴抛物面反射镜的焦点处。

2.根据权利要求1所述的离轴反射式光学天线系统，其特征在于，所述第一光通道与所述第二光通道的夹角小于或等于90度；

当所述第一光通道与所述第二光通道的夹角为90度时，所述离轴抛物面反射镜采用离轴角为90度的离轴抛物面反射镜；

所述离轴反射式光学天线还包括与所述壳体的一端可拆卸式固定连接的保护盖；

所述保护盖与所述壳体螺纹连接或卡合连接。

3.根据权利要求1或2所述的离轴反射式光学天线系统，其特征在于，所述第一光通道和所述第二光通道为一体成型结构。

4.根据权利要求1所述的离轴反射式光学天线系统，其特征在于：所述离轴抛物面反射镜采用离轴抛物金属膜反射镜。

5.根据权利要求1所述的离轴反射式光学天线系统，其特征在于：所述光纤接口采用SC、ST或FC中的一种。

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