CN110672304B - 激光通信终端中继光路性能测试系统、方法及校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学检测领域，涉及一种激光通信终端中继光路性能测试系统、方法及其校准方法，测试系统包括激光器、光纤跳线、光纤法兰、半透半反镜、可见红外图像传感器及离轴抛面镜；激光器通过光纤跳线与光纤法兰相连；半透半反镜位于光纤跳线的出射光路中；离轴抛面镜位于半透半反镜的反射光路中；光纤跳线的芯径端面、可见红外图像传感器的感光面相对离轴抛面镜共焦面。通过发射及接收不同波段的信标光及信号光实现中继光路性能测试，实现了激光通信终端中继光路关键指标高效可靠测量，为激光通信终端圆满研制提供了保障。

Description

激光通信终端中继光路性能测试系统、方法及校准方法
技术领域
本发明属于光学检测领域，涉及一种激光通信终端中继光路性能测试系统、方法及其校准方法。
背景技术
空间激光通信与传统微波空间通信的方式相比，具有高速、保密、抗干扰和轻小型等优势。空间激光通信终端的光学系统主要由光学望远镜与中继光路等组成。
其中光学望远镜为接收、发射共用系统。对于接收来说，其作用是压缩光束口径，并为分光系统提供像质良好的平行光束；对于发射来说，其作用是放大光束口径，并发射像质良好的平行光束。其与中继光路之间通过精跟踪振镜进行光信号的连接。
中继光路承担光束在发射、接收过程中的扩束准直、扩大光斑尺寸、压缩发散角等任务，同时接收并聚焦耦合另一个终端发射来的光信号。其组成包含分光组件、捕跟接收支路、精跟踪接收支路、信标发射支路、通信发射支路、通信接收支路。所有支路及组件装在一个Housing里。
其中分光组件由四个分光片、两个折轴镜组成。对于接收来说，其作用是将不同波段光束分至相应的接收支路；对于发射来说，其作用是将不同波段发射光合成一束，进入光学望远镜。
捕跟接收支路实现激光通信终端所发射过来的信标光的光束捕获与会聚。探测器采用CMOS图像传感器，视场在中继光路中是最大的。
通信接收支路实现激光终端所发射过来的信号光的光束捕获与会聚，使光束会聚到光纤，最终通过接收机解调光信号。
精跟踪接收支路实现另一方激光终端发射过来的信号光的光束捕获，使光束会聚到红外探测器，获得精确的位置。
通信发射支路完成通信光的准直功能，由预准直镜以及光纤耦合调整机构组成。预准直镜主要是实现信号光的准直；光纤耦合调整机构的主要用途是实现信号激光器光纤输出端口的调节。通信光激光器的光束是近似高斯分布、大束散角发散(14°左右)，线偏振光。通过发射预准直压缩发散角，再经光学望远镜扩束准直。通信光光束需要以近衍射极限角发射，对于光束的要求较高。
信标发射支路完成信标光的准直功能，由预准直镜和光纤耦合调整机构组成。预准直镜主要是实现信标光的准直；光纤耦合调整机构的主要用途是实现信标激光器光纤输出端口的调节。信标光激光器的光束特点是多模。其纤芯直径为200um，通过发射预准直压缩发散角，再经光学望远镜扩束准直。
中继光路的结构形式较为复杂，因此，对其关键指标进行测量，是激光通信终端能否圆满研制的前提，另外，由于空间激光通信的飞速发展，其需求量成几何倍增长，中继光路作为激光通信终端的核心组件，需要配备高效、可靠的性能测试系统，方能满足空间激光通信终端在未来批量化研制的需要。
发明内容
为了实现激光通信终端中继光路关键指标高效可靠测量，本发明提供一种激光通信终端中继光路性能测试系统、方法及测试系统的校准方法，实现激光通信终端光路中继单元的波像差、发散角、同轴度等关键指标的测试。
本发明的技术方案是提供一种激光通信终端中继光路性能测试系统，其特殊之处在于：包括激光器、光纤跳线、光纤法兰、半透半反镜、可见红外图像传感器及离轴抛面镜；
上述激光器与光纤跳线的一端相连，上述光纤跳线的另一端与光纤法兰相连；上述半透半反镜位于光纤跳线的出射光路中；上述离轴抛面镜位于半透半反镜的反射光路中；
上述光纤跳线另一端的芯径端面位于从离轴抛面镜a光路出射经半透半反镜反射光束的焦点处；上述可见红外图像传感器的感光面位于从离轴抛面镜a光路出射经半透半反镜透射光束的焦面处；光纤跳线另一端的芯径端面、可见红外图像传感器的感光面相对离轴抛面镜共焦面；
待测中继光路位于离轴抛面镜的b光路中，并与b光路同轴。
进一步地，为了调整输出激光能量，本发明测试系统还包括位于待测中继光路与离轴抛面镜之间的衰减片组。
进一步地，上述光纤跳线的接口为FC/PC口或FC/APC接口；上述光纤法兰的接口为FC/PC口或FC/APC接口，并与光纤跳线接口匹配。
进一步地，上述半透半反镜的材料为融石英玻璃JGS3，光谱范围为400nm～2500nm，透射波前rms优于
Figure GDA0002536618290000031
进一步地，上述离轴抛面镜的口径为100mm，焦距为1000mm，波像差rms优于
Figure GDA0002536618290000032
进一步地，上述衰减片组的口径为50mm，透射波前rms优于
Figure GDA0002536618290000033
进一步地，为了兼顾激光通信终端的各个波段，上述可见红外图像传感器为可见红外CCD，其光谱范围为500nm～1700nm，像元尺寸为15um，分辨率为640×512。
本发明还提供一种上述激光通信终端中继光路性能测试系统的校准方法，包括以下步骤：
步骤一、确定离轴抛面镜的焦点；
拆除激光通信终端中继光路性能测试系统中的激光器与光纤跳线，引入激光干涉仪与平面反射镜，所述平面反射镜位于离轴抛面镜的b光路中，并与出射光垂直；利用激光干涉仪与平面镜寻找离轴抛面镜的焦点；
步骤二、确定光纤法兰的位置；
调整光纤法兰的位置，使激光干涉仪的汇聚光斑能够通过光纤法兰中心的小孔依次入射至半透半反镜、离轴反射镜、平面反射镜；
步骤三、确定可见红外图像传感器的位置；
调整可见红外图像传感器的位置，使依次从平面反射镜反射、离轴反射镜反射及半透半反镜透射的光束在可见红外图像传感器像面处的星点像光斑直径最小，使星点像质心位于可见红外图像传感器的中心像元处；
步骤四、引入激光器，微调光纤法兰的指向，确保光纤跳线芯径端面与离轴抛面镜的焦点重合；
撤除激光干涉仪，分别将不同波长的激光器通过光纤跳线与光纤法兰连接，输出激光；微量调整光纤法兰的指向，使返回的星点像的光斑位于可见红外图像传感器的中心像元处，保证光纤跳线芯径端面与激光干涉仪的焦点重合，同时也与离轴抛面镜的焦点重合。
进一步地，步骤三中根据公式1、公式2计算星点像的质心位置坐标(x′,y′)；
Figure GDA0002536618290000051
Figure GDA0002536618290000052
式中：i为像元的行序号，单位为像元个数；j为像元的列序号，单位为像元个数；DN(i,j)——第i行j列所对应像元灰度值，单位为DN值；x′为目标像质心位置的横坐标，单位为像元个数；y′为目标像质心位置的纵坐标，单位为像元个数。
进一步地，上述平面反射镜的口径为150mm，波像差rms优于
Figure GDA0002536618290000053
进一步地，使用激光干涉仪、平面镜配合，寻找离轴抛面镜的焦点过程如下：
根据激光干涉仪测得的X和Y方向的象散数值，平移激光干涉仪的位置并同时旋转平面反射镜，最终找到象散数值最小的位置即为离轴抛面镜的焦点。
本发明还提供一种基于激光通信终端中继光路性能测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过激光器发射波长为λ1nm的信标激光，待测中继光路捕跟接收支路接收该目标，调整中继光路指向，使接收的点目标像位于捕跟接收支路探测器焦面的中心像元(x0,y0)位置；
步骤二：切换激光器，通过激光器发射波长为λ2nm的通讯激光，待测中继光路精跟踪接收支路接收该目标，查看该目标位于精跟踪接收支路探测器上的位置(x1,y1)，该位置距离中心像元(x0,y0)的距离，即为捕跟接收支路与精跟踪接收支路的同轴度Δ，计算如公式3所示：
Figure GDA0002536618290000061
式中：Δ为捕跟接收支路与精跟踪接收支路的同轴度，单位：rad；
d为精跟踪接收支路探测器像元尺寸，单位：mm；
f精跟踪为精跟踪接收支路的焦距，单位：mm；
步骤三：激光通信终端中继光路信标发射支路发射波长为λ3nm的信标光，激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器接收该信标光，调整中继光路指向，使该光斑的质心位置位于可见红外图像传感器的中心像元处(x2,y2)；
步骤四：待测中继光路通信发射支路发射波长为λ4nm的信号光，激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器接收该信标光，根据光斑质心位置(x3,y3)，根据公式4计算待测中继光路信标发射支路与通信发射支路的同轴度Δ′；
Figure GDA0002536618290000062
式中：Δ′为信标发射支路与通信发射支路的同轴度，单位：rad；
d′为激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器像元尺寸，单位：mm；
f′为性能测试系统焦距，单位：mm；
步骤五：待测中继光路信标发射支路与通信发射支路分别发射波长为λ3nm的信标光和波长为λ4nm的信号光，激光通信终端中继光路性能测试系统中的可见红外图像传感器分别对两路光接收并成像；分别找到图像中灰度值最大的像元的坐标(x′,y′)，提取x′行全部像元的灰度值，从x′向两侧搜索，找到灰度值与最大值的1/e2最接近的像元所在位置xleft、xright，按照公式分别计算信标光与信号光的发散角；
Figure GDA0002536618290000071
式中：θ为支路发射光束发散角，单位：rad；
d′为激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器像元尺寸，单位：mm；
f′为性能测试系统焦距，单位：mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明可完成激光通信终端的主要部件中继光路不同支路的同轴度、发散角等关键指标的标定，为激光通信终端圆满研制提供了保障；
2、本发明使用的离轴抛面镜结构紧凑，系统制造成本低廉，测试功能全面，是中继光路装调、测试过程中不可多得的测试设备；
3、本发明选取的CCD可以兼顾激光通信终端的各个波段，满足其测试需求；
4、本发明的测试系统可以快速完成激光通信终端中继光路内部支路同轴度和焦面位置的快速标定，是提升激光通信终端研制效率的一种较为实用的手段；
5、本发明对测试系统的校准是利用激光干涉仪完成校准的，其校准的精度可以到达波长级别；
6、本发明使用的校准方法可以较为完美的解决测试系统自身收发同轴度的要求，可以实现中继光路的各支路光学镜头焦面位置的标定，具有很强的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例一所提供的激光通信终端中继光路性能测试系统的结构示意图；
图2是本发明实施例二所提供的激光通信终端中继光路性能测试系统校准时的结构示意图；
图3是实施例待测中继光路的结构示意图；
图中：1-激光器；2-光纤跳线；3-光纤法兰；4-半透半反镜；5-可见红外图像传感器；6-离轴抛面镜；7-平面镜；8-衰减片组；9-中继光路；10-激光干涉仪；11-信标发射支路焦面(808nm)；12-通信发射支路焦面(1550nm)；13-捕跟接收支路焦面(830nm)；14-通信接收支路焦面(1541nm)；15-精跟踪接收支路焦面；16-信标发射支路镜组；17-通信发射支路镜组；18-捕跟接收支路镜组；19-通信接收支路镜组；20-精跟踪接收支路镜组；21-第一折轴镜；22-第一分光镜；23-第二分光镜；24-第三分光镜；25-第二折轴镜；26-第四分光镜。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例一
从图1可以看出，本实施例激光通信终端中继光路性能测试系统主要包括激光器1、与激光器1出射端连接的光纤跳线2、与光纤跳线2连接的光纤法兰3、位于光纤跳线2出射光路中的半透半反镜4、位于半透半反镜4反射光路中的离轴抛面镜6及位于半透半反镜4透射光路中的可见红外图像传感器5。光纤跳线2的接口为FC/PC口或FC/APC接口，光纤法兰3的接口为FC/PC口或FC/APC接口，并与光纤跳线接口匹配，光纤跳线2与光纤法兰3通过接口相互连接；其中光纤跳线2出射端的芯径端面位置位于沿离轴抛面镜6的a光路出射经半透半反镜4反射光束的焦点处；可见红外图像传感器5的感光面位于沿离轴抛面镜a光路出射经半透半反镜4透射光束的焦面处；且光纤跳线出射端的的芯径端面、可见红外图像传感器5的感光面相对离轴抛面镜6共焦面。在系统测试时，被测的中继光路位于离轴抛面镜6的b光路中，并与出射光同轴。该测试系统还可以包括位于中继光路9与离轴抛面镜6之间的衰减片组8，用以调整输出激光能量。
根据待测中继光路9的波长参数，选择具有不同波长的激光器，该实施例中待测中继光路9分别由808nm、830nm、1541nm、1550nm四个支路组成；所以，选取四个波长为808nm、830nm、1541nm、1550nm的激光器作为本实施例的激光器。本实施例选取JGS3材质的半透半反镜，其他实施例中还可以选用其他材质，光谱范围400nm～1700nm，透射波前rms优于
Figure GDA0002536618290000091
离轴抛面镜6的口径为100mm，焦距为1000mm，波像差rms优于
Figure GDA0002536618290000092
衰减片组8的口径为50mm，透射波前rms优于
Figure GDA0002536618290000093
可见红外图像传感器的光谱范围为500nm～1700nm，像元尺寸为15um，分辨率为640×512；在其他实施例中可根据实际需求，选择不同的参数数据。
利用上述测试系统可以获得待测中继光路中捕跟接收支路与精跟踪接收支路的同轴度Δ、信标发射支路与通信发射支路的同轴度Δ′及发散角，具体通过下述过程实现：
步骤一：性能测试系统通过激光器发射波长为830nm的信标激光，中继光路中的捕跟接收支路接收该目标，调整中继光路指向，使接收的点目标像位于捕跟接收支路探测器焦面的中心像元位置(x0,y0)；
步骤二：性能测试系统切换激光器，发射波长为1541nm的通信发射激光，中继光路中的精跟踪接收支路接收该目标，查看该目标位于精跟踪接收支路探测器上的位置，该位置(x1,y1)距离中心像元(x0,y0)的距离，即为捕跟接收支路与精跟踪接收支路的同轴度Δ，计算如所示；
Figure GDA0002536618290000101
式中：Δ为捕跟接收支路与精跟踪接收支路的同轴度，单位：rad；
d为精跟踪接收支路探测器像元尺寸，单位：mm；
f精跟踪为精跟踪接收支路焦距，单位：mm；
步骤三：激光通信终端中继光路信标发射支路发射波长为808nm的信标光，性能测试系统可见红外图像传感器接收该信标光，调整中继光路指向，使该光斑的质心位置位于可见红外图像传感器的中心像元处(x2,y2)；
步骤四：激光通信终端中继光路通信发射支路发射波长为1550nm的信号光，性能测试系统可见红外图像传感器接收该信标光，根据光斑质心位置(x3,y3)可以计算中继光路信标发射支路与通信发射支路的同轴度Δ′；
Figure GDA0002536618290000102
式中：Δ′为信标发射支路与通信发射支路的同轴度，单位：rad；
d′为激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器像元尺寸，单位：mm；
f′为激光通信终端中继光路性能测试系统焦距，单位：mm；
步骤五：激光通信终端中继光路信标发射支路发射波长为808nm的信标光，性能测试系统可见红外图像传感器可接收并成像。找到图像中灰度值最大的像元的坐标(x′,y′)，提取x′行全部像元的灰度值，从x′向两侧搜索，找到灰度值与最大值的1/e2最接近的像元所在位置xleft、xright，按照公式计算信标光发散角；
Figure GDA0002536618290000111
式中：θ为支路发射光束发散角，单位：rad；
d′为激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器像元尺寸，单位：mm；
f′为激光通信终端中继光路性能测试系统焦距，单位：mm；
步骤六、激光通信终端中继光路通信发射支路发射波长为1550nm的信号光，性能测试系统可见红外图像传感器可接收并成像。找到图像中灰度值最大的像元的坐标(x′,y′)，提取x′行全部像元的灰度值，从x′向两侧搜索，找到灰度值与最大值的1/e2最接近的像元所在位置xleft、xright，按照公式计算信号光发散角；
Figure GDA0002536618290000112
式中：θ为支路发射光束发散角，单位：rad；
d′为激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器像元尺寸，单位：mm；
f′为激光通信终端中继光路性能测试系统焦距，单位：mm。
实施例二
本实施例主要实现实施例一中的测试系统的校正。
从图2可以看出，校正测试系统时，需要先将测试系统中的激光器1、光纤跳线2及衰减片组8拆除，并且引入激光干涉仪10及平面反射镜7，激光干涉仪10发射光束的汇聚点位于离轴抛面镜6的焦点处，平面反射镜7位于离轴抛面镜6的b光路中，并与出射光垂直。
通过下述过程实现校准：
步骤一：使用激光干涉仪、平面镜配合，完成离轴抛面镜焦点的寻找；具体根据激光干涉仪测得的X和Y方向的象散数值，平移干涉仪的位置并同时旋转平面镜，最终找到测量波像差象散最小的位置，将该位置记为离轴抛面镜的焦点；
步骤二：调整光纤法兰的位置，使激光干涉仪的汇聚光斑可以通过光纤法兰中心的小孔；
步骤三：调整可见红外图像传感器的位置，使依次从平面反射镜、离轴抛面镜及半透半反镜返回的星点像的光斑直径最小，使星点质心位于可见红外图像传感器的中心像元处，质心判读算法如所示；
根据公式1、公式2计算目标像的质心位置坐标(x′,y′)；
Figure GDA0002536618290000121
Figure GDA0002536618290000122
式中：i为像元的行序号，单位为像元个数；j为像元的列序号，单位为像元个数；DN(i,j)为第i行j列所对应像元灰度值，单位为DN值；x′为目标像质心位置的横坐标，单位为像元个数；y′为目标像质心位置的纵坐标，单位为像元个数。
步骤四：撤除激光干涉仪，使用激光器(632.8nm)通过光纤跳线与光纤法兰连接，输出激光。微量调整光纤法兰的指向，使返回的星点像的光斑位于可见红外图像传感器的中心像元处，此时可以保证光纤跳线芯径端面的小孔与激光干涉仪的焦点重合，同时也与离轴抛面镜的焦点重合，质心偏差小于1个像元；
步骤五：更换波长为808nm、1550nm的不同激光器，输出激光，使返回的星点像的光斑均位于可见红外图像传感器的中心像元处，此时可以保证光纤跳线芯径端面的小孔与激光干涉仪的焦点重合，同时也与离轴抛面镜的焦点重合，质心偏差小于1个像元。

Claims (12)

1.一种激光通信终端中继光路性能测试系统，其特征在于：包括激光器(1)、光纤跳线(2)、光纤法兰(3)、半透半反镜(4)、可见红外图像传感器(5)及离轴抛面镜(6)；
所述激光器(1)与光纤跳线(2)的一端相连，所述光纤跳线(2)的另一端与光纤法兰(3)相连；所述半透半反镜(4)位于光纤跳线(2)的出射光路中；所述离轴抛面镜(6)位于半透半反镜(4)的反射光路中；
所述光纤跳线(2)另一端的芯径端面位于从离轴抛面镜(6)a光路出射经半透半反镜(4)反射光束的焦点处；所述可见红外图像传感器(5)的感光面位于从离轴抛面镜(6)a光路出射经半透半反镜(4)透射光束的焦面处；光纤跳线(2)另一端的芯径端面、可见红外图像传感器(5)的感光面相对离轴抛面镜(6)共焦面；
待测中继光路(9)位于离轴抛面镜(6)的b光路中，并与b光路同轴。
2.根据权利要求1所述的激光通信终端中继光路性能测试系统，其特征在于：还包括位于待测中继光路(9)与离轴抛面镜(6)之间的衰减片组(8)。
3.根据权利要求2所述的激光通信终端中继光路性能测试系统，其特征在于：所述光纤跳线(2)的接口为FC/PC口或FC/APC接口；所述光纤法兰(3)的接口为FC/PC口或FC/APC接口，并与光纤跳线接口匹配。
4.根据权利要求1所述的激光通信终端中继光路性能测试系统，其特征在于：所述半透半反镜(4)的材料为融石英玻璃JGS3，光谱范围为400nm～2500nm，透射波前rms优于
Figure FDA0002536618280000011
5.根据权利要求4所述的激光通信终端中继光路性能测试系统，其特征在于：所述离轴抛面镜(6)的口径为100mm，焦距为1000mm，波像差rms优于
Figure FDA0002536618280000021
6.根据权利要求2所述的激光通信终端中继光路性能测试系统，其特征在于：所述衰减片组(8)的口径为50mm，透射波前rms优于
Figure FDA0002536618280000022
7.根据权利要求6所述的激光通信终端中继光路性能测试系统，其特征在于：所述可见红外图像传感器(5)为可见红外CCD，其光谱范围为500nm～1700nm，像元尺寸为15um，分辨率为640×512。
8.一种权利要求1-7任一所述的激光通信终端中继光路性能测试系统的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、确定离轴抛面镜的焦点；
拆除激光通信终端中继光路性能测试系统中的激光器与光纤跳线，引入激光干涉仪与平面反射镜，所述平面反射镜位于离轴抛面镜的b光路中，并与出射光垂直；利用激光干涉仪与平面镜寻找离轴抛面镜的焦点；
步骤二、确定光纤法兰的位置；
调整光纤法兰的位置，使激光干涉仪的汇聚光斑能够通过光纤法兰中心的小孔依次入射至半透半反镜、离轴反射镜、平面反射镜；
步骤三、确定可见红外图像传感器的位置；
调整可见红外图像传感器的位置，使依次从平面反射镜反射、离轴反射镜反射及半透半反镜透射的光束在可见红外图像传感器像面处的星点像光斑直径最小，使星点像质心位于可见红外图像传感器的中心像元处；
步骤四、引入激光器，微调光纤法兰的指向，确保光纤跳线芯径端面与离轴抛面镜的焦点重合；
撤除激光干涉仪，分别将不同波长的激光器通过光纤跳线与光纤法兰连接，输出激光；微量调整光纤法兰的指向，使返回的星点像的光斑位于可见红外图像传感器的中心像元处，保证光纤跳线芯径端面与激光干涉仪的焦点重合，同时也与离轴抛面镜的焦点重合。
9.根据权利要求8所述的激光通信终端中继光路性能测试系统的校准方法，其特征在于：步骤三中根据公式1、公式2计算星点像的质心位置坐标(x′,y′)；
Figure FDA0002536618280000031
Figure FDA0002536618280000032
式中：i为像元的行序号，单位为像元个数；j为像元的列序号，单位为像元个数；DN(i,j)——第i行j列所对应像元灰度值，单位为DN值；x′为目标像质心位置的横坐标，单位为像元个数；y′为目标像质心位置的纵坐标，单位为像元个数。
10.根据权利要求9所述的激光通信终端中继光路性能测试系统的校准方法，其特征在于：所述平面反射镜的口径为150mm，波像差rms优于
Figure FDA0002536618280000033
11.根据权利要求8所述的激光通信终端中继光路性能测试系统的校准方法，其特征在于，使用激光干涉仪、平面镜配合，寻找离轴抛面镜的焦点过程如下：
根据激光干涉仪测得的X和Y方向的象散数值，平移激光干涉仪的位置并同时旋转平面反射镜，最终找到象散数值最小的位置即为离轴抛面镜的焦点。
12.一种基于权利要求1-7任一所述的激光通信终端中继光路性能测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过激光器发射波长为λ1nm的信标激光，待测中继光路捕跟接收支路接收该目标，调整中继光路指向，使接收的点目标像位于捕跟接收支路探测器焦面的中心像元(x0,y0)位置；
步骤二：切换激光器，通过激光器发射波长为λ2nm的通讯激光，待测中继光路精跟踪接收支路接收该目标，查看该目标位于精跟踪接收支路探测器上的位置(x1,y1)，该位置距离中心像元(x0,y0)的距离，即为捕跟接收支路与精跟踪接收支路的同轴度Δ，计算如公式3所示：
Figure FDA0002536618280000041
式中：Δ为捕跟接收支路与精跟踪接收支路的同轴度，单位：rad；
d为精跟踪接收支路探测器像元尺寸，单位：mm；
f精跟踪为精跟踪接收支路的焦距，单位：mm；
步骤三：激光通信终端中继光路信标发射支路发射波长为λ3nm的信标光，激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器接收该信标光，调整中继光路指向，使到达可见红外图像传感器像面处的星点像光斑的质心位置位于可见红外图像传感器的中心像元处(x2,y2)；
步骤四：待测中继光路通信发射支路发射波长为λ4nm的信号光，激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器接收该信标光，根据光斑质心位置(x3,y3)，根据公式4计算待测中继光路信标发射支路与通信发射支路的同轴度Δ′；
Figure FDA0002536618280000051
式中：Δ′为信标发射支路与通信发射支路的同轴度，单位：rad；
d′为激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器像元尺寸，单位：mm；
f′为激光通信终端中继光路性能测试系统焦距，单位：mm；
步骤五：待测中继光路信标发射支路与通信发射支路分别发射波长为λ3nm的信标光和波长为λ4nm的信号光，激光通信终端中继光路性能测试系统中的可见红外图像传感器分别对两路光接收并成像；分别找到图像中灰度值最大的像元的坐标(x′,y′)，提取x′行全部像元的灰度值，从x′向两侧搜索，找到灰度值与最大值的1/e2最接近的像元所在位置xleft、xright，按照公式分别计算信标光与信号光的发散角；
Figure FDA0002536618280000052
式中：θ为支路发射光束发散角，单位：rad；
d′为激光通信终端中继光路性能测试系统可见红外图像传感器像元尺寸，单位：mm；
f′为激光通信终端中继光路性能测试系统焦距，单位：mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111769870B (zh) * 2020-05-20 2021-07-27 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间激光通信终端中继光路装配检测装置及检测方法
CN112713932B (zh) * 2020-12-21 2021-11-16 中国科学院西安光学精密机械研究所 激光通信终端光路中继单元装检系统及基于其的检测方法
CN112834170B (zh) * 2021-01-07 2022-12-30 高安天孚光电技术有限公司 一种长焦距非接触测试跳线装置
CN112994788B (zh) * 2021-04-22 2021-08-17 南京英田光学工程股份有限公司 激光通信终端隔离度测试方法
CN113472433B (zh) * 2021-06-25 2024-05-31 山东航天电子技术研究所 一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法
CN113364545B (zh) * 2021-08-10 2021-11-26 南京英田光学工程股份有限公司 卫星激光通信终端跟踪精度的地面测试装置及测试方法
CN116296290B (zh) * 2023-03-21 2024-02-20 之江实验室 一种激光衍射发散角检测方法和装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5313189B2 (ja) * 2010-02-17 2013-10-09 日本電信電話株式会社 Ｐｄｌ測定器およびｐｄｌ測定方法
US20150124336A1 (en) * 2013-06-25 2015-05-07 Public Service Solutions, Inc. Wide spectrum optical systems and devices implementing first surface mirrors
JP6732627B2 (ja) * 2016-10-19 2020-07-29 浜松ホトニクス株式会社 レーザ光照射装置
CN107132029B (zh) * 2017-05-12 2020-09-22 电子科技大学 一种同时测量高反射/高透射光学元件的反射率、透过率、散射损耗和吸收损耗的方法
CN207197675U (zh) * 2017-09-14 2018-04-06 西安科佳光电科技有限公司 一种红外热像仪综合调试测试装置
CN107655659B (zh) * 2017-09-21 2024-01-05 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种激光通信终端真空测试系统及其测试方法
CN108107600A (zh) * 2018-01-02 2018-06-01 京东方科技集团股份有限公司 准直光学元件、制作方法、准直背光装置及显示装置
CN108693516B (zh) * 2018-08-20 2024-02-20 中国科学院上海技术物理研究所 一种快速测量激光测距系统性能的装置及方法
CN209043571U (zh) * 2018-11-06 2019-06-28 中国科学院西安光学精密机械研究所 机载三光轴一致性测试组件及测试系统

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