CN107764521A - 激光通信系统光学天线隔离度测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
为解决光学天线隔离度的测量问题，本发明提供了一种激光通信系统光学天线隔离度测量装置及方法。测量装置包括光源、分光镜、反射镜一、光功率计、反射镜二和光阑；所述光阑、分光镜和反射镜一沿光源光轴依次设置；所述反射镜二设置在所述分光镜的反射光路上；所述反射镜二与分光镜之间预留有被测光学天线的设置空间，或者所述反射镜一与分光镜之间预留有被测光学天线的设置空间；与被测光学天线位于同一光路的反射镜用于被测光学天线姿态调整，不参与隔离度的测量过程；所述光功率计设置在分光镜无光学元件一侧。本发明可实现激光通信光学天线的隔离度快速测量，并且对激光器光源的稳定性要求低。
Description
技术领域
本发明属于光学测量领域，涉及一种光学天线隔离度测量装置及方法。
背景技术
与传统微波空间通信方式相比，空间激光通信具有宽带、高速、抗截获和抗干扰能力强、轻小型等突出特点，非常适合于空地、空空、星地、星际以及深空链路之间的信息传输。随着空间遥感技术的发展，空间相机的分辨率、光谱仪器的空间和光谱分辨率都在大幅度提高，大量空间探测数据需要实时传送到地面，供给技术人员和专家分析、提炼，实现空间仪器的应用价值。目前卫星上常用的微波带宽约为百兆级别，已接近微波通信的理论极限，而实际的光纤激光通信传输速率高达40G/s，目前已经得到了实际应用。利用密集型光波复用技术(Dense wavelength Division Multiplexing，DWDM)等光放大技术还可实现更高传输速率，地面上百吉级别光纤激光通信系统都已经商业化，因此采用激光进行通信将会大大减小数据传输压力。随着5.65G/s空间激光通信终端(Laser CommunicationTerminal，LCT)的实验成功，国外的几十吉比特率空间LCT也正处于研究和规划中，这些都充分证明了激光通信实际应用中的优势，因此以激光作为媒质进行通信，可以很好的解决通信带宽瓶颈问题。
光学天线作为激光通信系统的核心组成部分，其隔离度的控制决定着整个通信系统的误码率。传统通信系统由于使用微波，其隔离度的测量方法无法应用在光学天线的隔离度测量上。而光学激光通信是新兴科研领域，该领域的研发主要集中在系统整机检测模块方面，具体的光学天线参数测试方法目前未见到有相关报道。
发明内容
基于上述背景，本发明提出了一种针对激光通信系统光学天线的隔离度测量装置及方法，解决了光学天线的隔离度测量问题。
本发明的技术思路：
使用分光镜将光源发出的光束分为测量光束和参考光束：测量光束功率经过分光镜反射(或透射)，进入被测光学天线的接收出瞳位置，经光学天线反射再回到接收出瞳位置，通过分光镜透射(或反射)进入光功率计测量；参考光束为在分光镜透射光路(或反射光路)上放置的一片已知反射率的反射镜，该反射镜与被测光学天线处于同一光路上，间接获取进入被测光学天线接收出瞳位置的光功率；通过遮挡或不遮挡所述反射镜，分别获取经被测光学天线反射回接收出瞳的光束能量与入射至光学天线接收出瞳的光束能量，最终实现光学天线隔离度的快速测量。
本发明的技术方案是：
激光通信系统光学天线隔离度测量装置，其特殊之处在于：包括光源、分光镜、反射镜一、光功率计、反射镜二和光阑；
所述光阑、分光镜和反射镜一沿光源光轴依次设置；
所述反射镜二设置在所述分光镜的反射光路上；
所述反射镜二与分光镜之间预留有被测光学天线的设置空间，或者所述反射镜一与分光镜之间预留有被测光学天线的设置空间；
与被测光学天线位于同一光路的反射镜用于被测光学天线姿态调整，不参与隔离度的测量过程；
所述光功率计设置在分光镜无光学元件一侧。
进一步地，上述光源发出的光为近似平行光，其光束口径小于分光镜、反射镜一、光功率计和反射镜二的孔径，以减小光能量损失，提高测试准确度。这里之所以说是“近似平行光”是由于实际情况中，无法或很难得到理想的平行光束，而本发明采用“近似平行光”即可实现光学天线隔离度测量。
进一步地，上述光源的光轴与分光镜透射方向、反射镜一的法线方向平行，分光镜的反射方向与光功率计和反射镜二的法线方向平行，若不平行，则分光和反射会造成光束口径扩大，导致光能损失，影响测试结果的精度。
本发明同时提供了一种光通信系统光学天线隔离度测量方法，包括以下步骤：
步骤一，在光源出光口前方设定距离处设置光阑，沿光源光轴在所述光阑前方设置反射镜一，光阑和反射镜一中间预留出设置分光镜的空间；调整反射镜一姿态，使反射镜一反射回去的光束再次通过所述光阑；
步骤二，在所述光阑与反射镜一之间设置分光镜，调整分光镜姿态，使反射镜一反射回去的光束经分光镜透射后再次通过所述光阑；
步骤三，遮挡反射镜一，在所述分光镜的反射光轴方向设置反射镜二，分光镜和反射镜二中间预留出设置被测光学天线的空间；调整反射镜二姿态，使反射镜二反射回去的光束经分光镜反射后再次通过所述光阑；
步骤四，将被测光学天线设置在分光镜和反射镜二之间，或者放置在分光镜和反射镜一之间，调整被测光学天线姿态，使经与被测光学天线处于同一光路的反射镜反射回的光束，依次经被测光学天线和分光镜后再次通过所述光阑；
步骤五，在分光镜无光学元件一侧设置光功率计，调整光功率计姿态，使其获取的光功率值最大；
步骤六，遮挡其中一个与被测光学天线处于同一光路的反射镜，打开另一个反射镜，形成参考光路，记录此时光功率计的读数P1；
步骤七，遮挡所述另一个反射镜，形成测量光路，记录此时光功率计的读数P2；
步骤八，根据下式获取被测光学天线的隔离度η：
其中，R为与被测光学天线不处于同一光路的反射镜的反射率。
进一步地，上述步骤一中光阑距光源出光口至少10mm。本发明设置光阑的目的是保证光束的自准直性，不使用光阑会导致光路不正确，光阑距离光源出光口越远，光束自准直性越高，因此本发明的光澜距光源出光口至少10mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明可实现激光通信光学天线的隔离度快速测量，由于测量速度快，因此对激光器光源的稳定性要求低。
2、本发明光源发出的光束口径小于分光镜、反射镜一、光功率计和反射镜二的孔径，有效减小了光能量损失，提高了测量精度。
3、本发明结构简单，易实现。
附图说明
图1为本发明激光通信系统光学天线隔离度测量装置实施例示意图。
图2为本发明实施例参考支路光路图。
图3为本发明实施例测量支路光路图。
附图标记为：101-光源；102-分光镜；103-反射镜一；104-光功率计；105-被测光学天线；106-反射镜二；107-光阑。
具体实施方式
以下结合附图1-图3对本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明激光通信系统光学天线隔离度测量装置，包括光源101、分光镜102、反射镜一103、光功率计104、反射镜二106和光阑107，光阑107、分光镜102和反射镜一103沿光源光轴依次设置；反射镜二106设置在分光镜102的反射光路上；被测光学天线105设置在分光镜102与反射镜二106之间；光源101发出的光为近似平行光，该近似平行光的光束口径小于分光镜102、反射镜一103、光功率计104和反射镜二106的孔径，光轴与分光镜102透射方向、反射镜一103的法线方向平行；分光镜102的反射方向与光功率计104和反射镜二106的法线方向平行；反射镜二106用于被测光学天线105姿态的调整，不参与实际的测量过程。在其他实施例中，被测光学天线105也可以设置在分光镜102和反射镜一103之间，此时，反射镜一103用于被测光学天线105姿态的调整，不参与实际的测量过程，相应的，遮挡反射镜一后的光路变为后续提到的参考支路。
以下对本发明的原理进行阐述：
定义被测光学天线105接收出瞳位置发射光功率为P0，经被测光学天线105反射回到接收出瞳位置的光功率为P′0，隔离度η为：
对于直接到达被测光学天线105接收出瞳位置的光功率是无法直接测量的，该部分光功率实际为光源101出射光功率P经过分光镜102一次反射后的光功率。
遮挡图1中反射镜二106后形成图2所示参考支路，已知分光比的分光镜102将光源101发出的光分为反射光和透射光：反射光入射至被测光学天线105的接收出瞳位置，经被测光学天线105反射后，进入接收出瞳位置的光再次经过分光镜102透射(透过率T，反射率R)到达光功率计104处；而透射光经反射镜一103反射再次进入分光镜102反射，到达光功率计104处。
光功率计104获取的光功率P1为两部分光功率之和，其一为被测光学天线105出瞳反射功率P′0经过分光镜102透射的光功率，其二为被测光学天线105接收出瞳位置发射光功率P0经过分光镜102光束透射以及反射镜一103反射的光功率。定义反射镜一103的反射率为R1，则光功率计104获取的光功率P1：
P1＝P′0T+R1TP0 (公式2)
式中，T为分光镜102的透过率。
遮挡图1中反射镜一103和反射镜二106后，形成图3所示测量支路，已知分光比的分光镜102将光源101发出的光分为反射光和透射光：反射光入射至被测光学天线105的接收出瞳位置，经被测光学天线105反射后，进入接收出瞳的光再次经过分光镜102透射到达光功率计104处；光功率计104获取的功率P2即为被测光学天线105出瞳反射功率P′0与分光镜102的透过率T之积：
P2＝P′0T (公式3)
则由上述公式1～3可得被测光学天线105的隔离度：
本发明同时提供了一种激光通信系统光学天线隔离度测量方法，具体如下：
步骤一，在光源101的出光口前方10mm处放置光阑107，沿光源光轴在光阑107的前方放置反射镜一103，光阑107和反射镜一103中间预留出放置分光镜102的空间，调整反射镜一103的姿态，使得反射镜一103反射回去的光束再次通过光阑107；
步骤二，在光阑107与反射镜一103之间放置分光镜102，调整分光镜102姿态，使得反射镜一103反射回去的光束经分光镜102透射后再次通过光阑107；
步骤三，遮挡反射镜一103，在分光镜102的反射光轴方向放置反射镜二106，中间预留出放置被测光学天线105的空间，调整反射镜二106的姿态，使得反射镜二106反射回去的光束经分光镜102反射后再次通过光阑107；
步骤四，将被测光学天线105放置在分光镜102和反射镜二106之间，调整被测光学天线105的姿态，使得经反射镜二106反射回的光束依次经被测光学天线105和分光镜102后再次通过光阑107；
步骤五，在分光镜102无光学元件一侧放置光功率计104，调整光功率计104的姿态，使其获取的光功率值最大；
步骤六，遮挡反射镜二106，打开反射镜一103，形成如图2所示的参考光路，记录此时光功率计104的读数P1；
步骤七，遮挡反射镜一103，形成如图3所示的测量光路，记录此时光功率计104的读数P2；
步骤八，根据下式获取被测光学天线105的隔离度：
其中，R1为反射镜一103的反射率。
在其他实施例中，也可将被测光学天线105放置在分光镜102和反射镜一103之间进行测量，相应的，步骤六变为：遮挡反射镜一103，打开反射镜二106，记录光功率计104的读数P1；步骤七变为：遮挡反射镜二106，记录光功率计104的读数P2；则被测光学天线105的隔离度其中R2为反射镜二106的反射率。
Claims (6)
1.激光通信系统光学天线隔离度测量装置，其特征在于：包括光源、分光镜、反射镜一、光功率计、反射镜二和光阑；
所述光阑、分光镜和反射镜一沿光源光轴依次设置；
所述反射镜二设置在所述分光镜的反射光路上；
所述反射镜二与分光镜之间预留有被测光学天线的设置空间，或者所述反射镜一与分光镜之间预留有被测光学天线的设置空间；
与被测光学天线位于同一光路的反射镜用于被测光学天线姿态调整；
所述光功率计设置在分光镜无光学元件一侧。
2.根据权利要求1所述的激光通信系统光学天线隔离度测量装置，其特征在于：所述光源发出的光为近似平行光，其光束口径小于分光镜、反射镜一、光功率计和反射镜二的孔径。
3.根据权利要求1或2所述的激光通信系统光学天线隔离度测量装置，其特征在于：光源光轴与分光镜透射方向、反射镜一的法线方向平行，分光镜的反射方向与光功率计和反射镜二的法线方向平行。
4.根据权利要求1或2所述的激光通信系统光学天线隔离度测量装置，其特征在于：所述光阑距光源出光口的距离至少为10mm。
5.激光通信系统光学天线隔离度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在光源出光口前方设定距离处设置光阑，沿光源光轴在所述光阑前方设置反射镜一，光阑和反射镜一中间预留出设置分光镜的空间；调整反射镜一姿态，使反射镜一反射回去的光束再次通过所述光阑；
步骤二，在所述光阑与反射镜一之间设置分光镜，调整分光镜姿态，使反射镜一反射回去的光束经分光镜透射后再次通过所述光阑；
步骤三，遮挡反射镜一，在所述分光镜的反射光轴方向设置反射镜二，分光镜和反射镜二中间预留出设置被测光学天线的空间；调整反射镜二姿态，使反射镜二反射回去的光束经分光镜反射后再次通过所述光阑；
步骤四，将被测光学天线设置在分光镜和反射镜二之间，或者放置在分光镜和反射镜一之间，调整被测光学天线姿态，使经与被测光学天线处于同一光路的反射镜反射回的光束，依次经被测光学天线和分光镜后再次通过所述光阑；
步骤五，在分光镜无光学元件一侧设置光功率计，调整光功率计姿态，使其获取的光功率值最大；
步骤六，遮挡其中一个与被测光学天线处于同一光路的反射镜，打开另一个反射镜，形成参考光路，记录此时光功率计的读数P1；
步骤七，遮挡所述另一个反射镜，形成测量光路，记录此时光功率计的读数P2；
步骤八，根据下式获取被测光学天线的隔离度η：
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其中，R为与被测光学天线不处于同一光路的反射镜的反射率。
6.根据权利要求5所述的激光通信系统光学天线隔离度测量方法，其特征在于：步骤一中光阑距光源出光口至少10mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180306 |
|
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