CN111769884B - 一种全景信标光捕获系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种全景信标光捕获系统，涉及量子通信技术领域，所述系统包括第一信标光捕获模块、第二信标光捕获模块、直角反射棱镜以及成像靶面，直角反射棱镜包括第一直角面与第二直角面，所述第一直角面用于反射第一信标光捕获模块捕获的信标光，所述第二直角面用于反射第二信标光捕获模块捕获的信标光，第一信标光捕获模块与第二信标光捕获模块的视场方向相反，第一信标光捕获模块的信标光视场角为180度，第二信标光捕获模块的信标光视场角为180度，所述第一信标光捕获模块与第二信标光捕获模块的总视场角为360度。本申请的技术方案能360度全景接收发射机发射的信标光、并能在避免信标光能量过度衰减的情况下提高信标光的捕获精度。

Description

一种全景信标光捕获系统

技术领域

本申请涉及量子通信技术领域，具体涉及一种全景信标光捕获系统。

背景技术

量子通信技术因为传输信道的不同而分为光纤量子通信和自由空间量子通信。目前光纤量子通信系统搭建的前提条件是需要建立光纤链路，限制了量子通信系统的全球化发展，无法满足移动端用户通信需求，无法快速完成通信链路搭建，基于光纤的量子通信系统终将面临发展瓶颈，而自由空间量子通信灵活多变、动态组网等优势，被认为是实现全球量子通信网络的较佳选择。

自由空间量子通信系统包括发射机和接收机，信标光由发射机发出并由接收机接收，并在接收机对信标光成像以便观察到信标光的光斑。在现有技术中，仅在发射机和接收机光学系统对准的情况下，才能完成信标光的发射和接收，因此，在前期对准过程中，需要发射机和接收机的光学系统频繁地随转台转动才能完成两者的对准过程，效率较低，倘若接收机的光学系统能够全景接收信标光，则无需接收机的光学系统转动，仅需发射机的光学系统随转台转动就可轻易地完成信标光地捕获。

此外，现有技术中的光信号捕获系统或者不能实现全景捕获、或者利用光学薄膜实现全景捕获。有些光信号捕获系统仅能实现小于等于180度视场角的光信号捕获却不能实现360度视场角的全景捕获；而利用光学薄膜全景捕获光信号会严重降低光信号的能量利用率、降低光线像质，并且对光源有特殊的要求需要不同波段的光线，而信标光只有一种光波段，因此利用光学薄膜实现全景捕获的系统不适用于量子通信中信标光的捕获。

发明内容

本申请提供一种全景信标光捕获系统，以解决自由空间量子通信360度全景信标光捕获的问题。

一种全景信标光捕获系统，包括第一信标光捕获模块、第二信标光捕获模块、直角反射棱镜以及成像靶面，所述直角反射棱镜包括第一直角面与第二直角面，所述第一直角面用于反射所述第一信标光捕获模块捕获的信标光，所述第二直角面用于反射所述第二信标光捕获模块捕获的信标光；所述第一信标光捕获模块包括依次排列且中心共轴的第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、第三正弯月透镜、第一折反混合透镜、负弯月透镜、第一双凸透镜、第一正负双胶合透镜、第二双凸透镜，所述第二信标光捕获模块包括依次排列且中心共轴的平凹透镜、双凹透镜、第二折反混合透镜、第四正弯月透镜、第二正负双胶合透镜、第三双凸透镜、第三正负双胶合透镜；所述第一折反混合透镜包括第一环形反射面、第二环形反射面、第一环形透射面、第二透射面、第三透射面；由所述第一正弯月透镜入射的信标光依次经过所述第一正弯月透镜、所述第二正弯月透镜、所述第三正弯月透镜、所述第一折反混合透镜的第二透射面透射、所述第一折反混合透镜的第三透射面透射、所述负弯月透镜、所述第一双凸透镜、所述第一正负双胶合透镜、所述第二双凸透镜、所述直角反射棱镜反射、所述成像靶面，由所述第一正弯月透镜入射的信标光在所述成像靶面上成像；由所述第一折反混合透镜的第一环形透射面入射的信标光依次经过所述第一折反混合透镜的第一环形透射面透射、所述第一折反混合透镜的第一环形反射面反射、所述第一折反混合透镜的第二环形反射面反射、所述第一折反混合透镜的第三透射面透射、所述负弯月透镜、所述第一双凸透镜、所述第一正负双胶合透镜、所述第二双凸透镜、所述直角反射棱镜反射、所述成像靶面，由所述第一折反混合透镜的第一环形透射面入射的信标光在所述成像靶面上成像；所述第二折反混合透镜包括第三环形反射面、第四环形反射面、第四环形透射面、第五透射面、第六透射面；由所述平凹透镜入射的信标光依次经过所述平凹透镜、所述双凹透镜、所述第二折反混合透镜的第五透射面透射、所述第二折反混合透镜的第六透射面透射、所述第四正弯月透镜、所述第二正负双胶合透镜、所述第三双凸透镜、所述第三正负双胶合透镜、所述直角反射棱镜反射、所述成像靶面，由所述平凹透镜入射的信标光在所述成像靶面上成像；由所述第二折反混合透镜的第四环形透射面入射的信标光依次经过所述第二折反混合透镜的第四环形透射面透射、所述第二折反混合透镜的第三环形反射面反射、所述第二折反混合透镜的第四环形反射面反射、所述第二折反混合透镜的第六透射面透射、所述第四正弯月透镜、所述第二正负双胶合透镜、所述第三双凸透镜、所述第三正负双胶合透镜、所述直角反射棱镜反射、所述成像靶面，由所述第二折反混合透镜的第四环形透射面入射的信标光在所述成像靶面上成像；所述第一信标光捕获模块与所述第二信标光捕获模块的视场方向相反，所述第一信标光捕获模块的信标光视场角为180度，所述第二信标光捕获模块的信标光视场角为180度，所述第一信标光捕获模块与所述第二信标光捕获模块的总视场角为360度。

优选地，所述第一正弯月透镜为石英透镜，用于实现大角度光线汇聚；所述第二正弯月透镜为重冕玻璃透镜，用于实现大角度光线的二级压缩；所述第三正弯月透镜为轻冕玻璃透镜，用于实现大角度光线像质的初级校正；所述第一折反混合透镜为软质玻璃透镜，用于将大角度光线进行超低畸变汇聚，还用于融合中心视场光束与边缘视场光束；所述负弯月透镜为镧火石玻璃透镜，用于校正初级像差；所述第一双凸透镜为冕牌透镜，用于实现发散光束的汇聚；所述正负双胶合透镜由双凸重冕玻璃透镜与双凹重火石玻璃透镜胶合构成，用于校正光谱色差；所述第二双凸透镜为重冕玻璃透镜，用于校正高级像差。

优选地，所述平凹透镜为石英透镜，用于实现大角度光线汇聚；所述双凹透镜为重冕玻璃透镜，用于实现大角度光线的二级压缩；所述第二折反混合透镜为软质玻璃透镜，用于将大角度光线进行超低畸变汇聚，还用于融合中心视场光束与边缘视场光束；所述第四正弯月透镜为轻冕玻璃透镜，用于校正初级像差；所述第二正负双胶合透镜由双凸钡冕玻璃透镜与负弯月重火石玻璃透镜胶合构成，用于校正光谱色差；所述第三双凸透镜为冕牌玻璃透镜，用于压缩光线高度；所述第三正负双胶合透镜由双凸重冕玻璃透镜与负弯月重火石玻璃透镜胶合构成，用于校正残余像差。

优选地，所述直角反射棱镜包括第一直角面和第二直角面，所述第一直角面镀外反射膜，所述第二直角面镀外反射膜，所述直角反射棱镜用于将两个相反视场方向的信标光反射到所述成像靶面；所述成像靶面，用于将信标光成像。

优选地，所述第一折反混合透镜关于水平中心轴线对称，所述第一折反混合透镜的第一环形反射面的外径为14mm、内径为2mm、曲率半径为-7.13mm，所述第一折反混合透镜的第二环形反射面为环形平面、所述第二环形反射面的外径为6.4mm、内径为3mm，所述第一折反混合透镜的第一环形透射面的外径为14mm、内径为6.4mm、曲率半径为+22.81mm，所述第一折反混合透镜的第二透射面的外径为2.4mm、曲率半径为-3.3mm，所述第一折反混合透镜的第三透射面的外径为2mm、曲率半径为-7.13mm。

优选地，所述第二折反混合透镜关于水平中心轴线对称，所述第二折反混合透镜的第三环形反射面的外径为12mm、内径为2.7mm、曲率半径为-6.67mm，所述第二折反混合透镜的第四环形反射面为环形平面、所述第四环形反射面的外径为6.5mm、内径为3mm，所述第二折反混合透镜的第四环形透射面的外径为17mm、内径为6.5mm、曲率半径为+26.13mm，所述第二折反混合透镜的第五透射面为圆形平面、所述第五透射面的外径为3mm，所述第二折反混合透镜的第六透射面的外径为2.7mm、曲率半径为-6.67mm。

优选地，所述第一折反混合透镜的第一环形反射面、第二环形反射面镀内反射膜，所述第一折反混合透镜的第一环形透射面、第二透射面、第三透射面镀减反射膜；所述第二折反混合透镜的第三环形反射面、第四环形反射面镀内反射膜，所述第二折反混合透镜的第四环形透射面、第五透射面、第六透射面镀减反射膜。

优选地，所述第一折反混合透镜还包括非工作面，所述非工作面用于结构件夹持。

优选地，所述第一正弯月透镜与所述第二正弯月透镜之间的中心距为0.55mm、所述第二正弯月透镜与所述第三正弯月透镜之间的中心距为1.2mm、所述第三正弯月透镜与所述第一折反混合透镜之间的中心距为2.16mm、所述第一折反混合透镜与所述负弯月透镜之间的中心距为0.7mm、所述负弯月透镜与所述第一双凸透镜之间的中心距为0.1mm、所述第一双凸透镜与所述第一正负双胶合透镜之间的中心距为0.1mm、所述第一正负双胶合透镜与所述第二双凸透镜之间的中心距为0.1mm。

优选地，所述平凹透镜与所述双凹透镜之间的中心距为6.17mm、所述双凹透镜与所述第二折反混合透镜之间的中心距为2.1mm、所述第二折反混合透镜与所述第四正弯月透镜之间的中心距为0.1mm、所述第四正弯月透镜与所述第二正负双胶合透镜之间的中心距为0.63mm、所述第二正负双胶合透镜与所述第三双凸透镜之间的中心距为0.1mm、所述第三双凸透镜与所述第三正负双胶合透镜之间的中心距为0.1mm。

由以上本申请提供的技术方案可见，提供了一种全景信标光捕获系统，一方面，该信标光捕获系统包括视场角为180度的第一信标光捕获模块与另一视场角为180度的第二信标光捕获模块，且第一信标光捕获模块与第二信标光捕获模块的视场方向相反，因此，该信标光捕获系统具有空中360度视场，能够全景接收发射机发射的信标光，提高信标光捕获的工作效率；另一方面，通过正弯月透镜、负弯月透镜、正负双胶合透镜、双凸透镜改善了信标光的像差与光谱色差，极大地提高了信标光的捕获精度；此外，通过第一折反混合透镜与第二折反混合透镜的设计避免了信标光能量的过度衰减，保证了信标光的强度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请全景信标光捕获系统的剖面示意图；

图2为本申请第一折反混合透镜的剖面示意图；

图3为本申请第一折反混合透镜的左视示意图；

图4为本申请第二折反混合透镜的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种全景信标光捕获系统，能够360度全景接收发射机发射的信标光，提高信标光捕获的工作效率，并且信标光的捕获精度较高。

参照图1所示，本申请实施方式中提供的一种全景信标光捕获系统，所述系统包括第一信标光捕获模块、第二信标光捕获模块、直角反射棱镜9以及成像靶面10，所述直角反射棱镜9包括第一直角面和第二直角面，所述第一直角面和所述第二直角面垂直，所述第一直角面用于反射所述第一信标光捕获模块捕获的信标光，所述第二直角面用于反射所述第二信标光捕获模块捕获的信标光，所述第一直角面与所述第二直角面均朝向成像靶面10，经所述第一直角面与所述第二直角面反射的信标光均在成像靶面10上成像。

第一信标光捕获模块包括依次排列且中心共轴的第一正弯月透镜1、第二正弯月透镜2、第三正弯月透镜3、第一折反混合透镜4、负弯月透镜5、第一双凸透镜6、第一正负双胶合透镜7、第二双凸透镜8；第二信标光捕获模块包括依次排列且中心共轴的平凹透镜17、双凹透镜16、第二折反混合透镜15、第四正弯月透镜14、第二正负双胶合透镜13、第三双凸透镜12、第三正负双胶合透镜11。

第一折反混合透镜4包括第一环形反射面41、第二环形反射面42、第一环形透射面43、第二透射面44、第三透射面45以及非工作面，第一折反混合透镜4的非工作面用于结构件夹持，即用于固定第一折反混合透镜4的结构件夹持在第一折反混合透镜4的非工作面以便固定第一折反混合透镜4。第二折反混合透镜15包括第三环形反射面151、第四环形反射面152、第四环形透射面153、第五透射面154、第六透射面155以及非工作面，同理，第二折反混合透镜15的非工作面也是用于结构件夹持。

第一正负双胶合透镜7由双凸透镜与双凹透镜胶合构成，因此，所述第一正负双胶合透镜7包含一个凸面和一个凹面；正弯月透镜与负弯月透镜均包含一个凸面与一个凹面，顺着光路走向方向，射入光线的一面为凸面射出光线的一面为凹面的透镜为正弯月透镜，射入光线的一面为凹面射出光线的一面为凸面的透镜为负弯月透镜。参考信标光的射入走向，由所述第一正弯月透镜1入射的信标光依次经过所述第一正弯月透镜1的凸面、所述第一正弯月透镜1的凹面、所述第二正弯月透镜2的凸面、所述第二正弯月透镜2的凹面、所述第三正弯月透镜3的凸面、所述第三正弯月透镜3的凹面、所述第一折反混合透镜4的第二透射面44透射、所述折反混合透镜4的第三透射面45透射、所述负弯月透镜5的凹面、所述负弯月透镜5的凸面、所述第一双凸透镜6的两个凸面、所述第一正负双胶合透镜7的凸面、所述第一正负双胶合透镜7的凹面、所述第二双凸透镜8的两个凸面、所述直角反射棱镜9的第一直角面反射、所述成像靶面10，最终在所述成像靶面10上成像。参考信标光的射入走向，由所述第一折反混合透镜4的第一环形透射面43入射的信标光依次经过所述第一折反混合透镜4的第一环形透射面43透射、所述第一折反混合透镜4的第一环形反射面41反射、所述第一折反混合透镜4的第二环形反射面42反射、所述第一折反混合透镜4的第三透射面45透射、所述负弯月透镜5的凹面、所述负弯月透镜5的凸面、所述第一双凸透镜6的两个凸面、所述第一正负双胶合透镜7的凸面、所述第一正负双胶合透镜7的凹面、所述第二双凸透镜8的两个凸面、所述直角反射棱镜9的第一直角面反射、所述成像靶面10，最终在所述成像靶面10上成像。

第二正负双胶合透镜13由双凸透镜与负弯月透镜胶合构成，包含两个凸面；第三正负双胶合透镜11由双凸透镜与负弯月透镜胶合构成，也包含两个凸面。参考信标光的射入走向，由平凹透镜17入射的信标光依次经过所述平凹透镜17的平面、所述平凹透镜17的凹面、所述双凹透镜16的两个凹面、所述第二折反混合透镜15的第五透射面154透射、所述第二折反混合透镜15的第六透射面155透射、所述第四正弯月透镜14的凸面、所述第四正弯月透镜14的凹面、所述第二正负双胶合透镜13的两个凸面、所述第三双凸透镜12的两个凸面、所述第三正负双胶合透镜11的两个凸面、所述直角反射棱镜9的第二直角面反射、所述成像靶面10，最终在所述成像靶面10上成像。参考信标光的射入走向，由所述第二折反混合透镜15的第四环形透射面153入射的信标光依次经过所述第二折反混合透镜15的第四环形透射面153透射、所述第二折反混合透镜15的第三环形反射面151反射、所述第二折反混合透镜15的第四环形反射面152反射、所述第二折反混合透镜15的第六透射面155透射、所述第四正弯月透镜14的凸面、所述第四正弯月透镜14的凹面、所述第二正负双胶合透镜13的两个凸面、所述第三双凸透镜12的两个凸面、所述第三正负双胶合透镜11的两个凸面、所述直角反射棱镜9的第二直角面反射、所述成像靶面10，最终在所述成像靶面10上成像。

参照图1、图2、图3和图4所示，第一正弯月透镜1为石英透镜，其外径为12mm、凸面曲率半径为+20.28mm、凹面曲率半径为+8mm、中心横向厚度即第一正弯月透镜1的凸面与凹面之间的中心间距为1mm，用于实现大角度光线汇聚；第二正弯月透镜2为重冕玻璃透镜，其外径为8mm、凸面曲率半径为+6.87mm、凹面曲率半径为+6mm、中心横向厚度为1.2mm，用于实现大角度光线的二级压缩；第三正弯月透镜3为轻冕玻璃透镜，其外径为6.4mm、凸面曲率半径为+13.03mm、凹面曲率半径为+3.5mm、中心横向厚度为1mm，用于实现大角度光线像质的初级校正；折反混合透镜4为软质玻璃透镜，其外径为14mm，中心横向厚度即第二透射面44与第三透射面45之间的中心间距为11.85mm，用于将大角度光线进行超低畸变汇聚，还用于融合中心视场光束与边缘视场光束即融合视场角为100度与视场角范围为从100度到180度的信标光；负弯月透镜5为镧火石玻璃透镜，其外径为4mm、凹面曲率半径为-2.57mm、凸面曲率半径为-4.09mm，中心横向厚度即负弯月透镜5的凹面与凸面之间的中心间距为1mm，用于校正初级像差；第一双凸透镜6为冕牌透镜，其外径为5mm、紧邻负弯月透镜5的凸面的曲率半径为+7.44mm、紧邻第一正负双胶合透镜7的凸面的曲率半径为-4.04mm，中心横向厚度即第一双凸透镜6的两个凸面之间的中心间距为1.5mm，用于实现发散光束的汇聚；第一正负双胶合透镜7由双凸重冕玻璃透镜与双凹重火石玻璃透镜胶合构成，其外径为5mm、凸面曲率半径为+4.66mm、凹面曲率半径为+4.68mm，中心横向厚度即第一正负双胶合透镜7的凸面与凹面之间的中心间距为3mm，用于校正光谱色差；第二双凸透镜8为重冕玻璃透镜，其外径为4.5mm、紧邻第一正负双胶合透镜7的凸面的曲率半径为+4mm、邻近直角反射棱镜9的凸面的曲率半径为-8.04mm，中心横向厚度即第二双凸透镜8的两个凸面之间的中心间距为1.5mm，用于校正高级像差。经过第三正弯月透镜3、负弯月透镜5、第一正负双胶合透镜7、第二双凸透镜8多级像质、像差、光谱色差的校正可以极大地提高信标光的捕获精度。

平凹透镜17为石英透镜，其外径为14.5mm、凹面曲率半径为+10mm、中心横向厚度即平凹透镜17的平面与凹面之间的中心间距为1.5mm，用于实现大角度光线汇聚；双凹透镜16为重冕玻璃透镜，其外径为5mm、紧邻平凹透镜17的凹面的曲率半径为-7.55mm、邻近第二折反混合透镜15的凹面的曲率半径为+3.5mm，中心横向厚度即双凹透镜16的两个凹面之间的中心间距为1mm，用于实现大角度光线的二级压缩；第二折反混合透镜15为软质玻璃透镜，其外径为17mm，中心横向厚度即第五透射面154与第六透射面155之间的中心间距为11.3mm，用于将大角度光线进行超低畸变汇聚，还用于融合中心视场光束与边缘视场光束；第四正弯月透镜14为轻冕玻璃透镜，其外径为3.5mm、凸面曲率半径为+5.9mm、凹面曲率半径为+2.93mm、中心横向厚度为1mm，用于校正初级像差；第二正负双胶合透镜13由双凸钡冕玻璃透镜与负弯月重火石玻璃透镜胶合构成，其外径为5.4mm、紧邻第四正弯月透镜14的凸面的曲率半径为+6mm、邻近第三双凸透镜12的凸面的曲率半径为-21.12mm，中心横向厚度即第二正负双胶合透镜13的两个凸面之间的中心间距为3mm，用于校正光谱色差；第三双凸透镜12为冕牌玻璃透镜，其外径为5.4mm、紧邻第二正负双胶合透镜13的凸面的曲率半径为+8.87mm、邻近第三正负双胶合透镜11的凸面的曲率半径为-4.91mm，中心横向厚度即第三双凸透镜12的两个凸面之间的中心间距为2mm，用于压缩光线高度；第三正负双胶合透镜11由双凸重冕玻璃透镜与负弯月重火石玻璃透镜胶合构成，其外径为5.4mm、紧邻第三双凸透镜12的凸面的曲率半径为+6mm、邻近直角反射棱镜9的凸面的曲率半径为-43.26mm，中心横向厚度即第三正负双胶合透镜11的两个凸面之间的中心间距为3mm，用于校正残余像差。经过第四正弯月透镜14、第二正负双胶合透镜13、第三正负双胶合透镜11多级像差、光谱色差的校正可以极大地提高信标光的捕获精度。

直角反射棱镜9包括第一直角面和第二直角面，所述第一直角面镀外反射膜，所述第二直角面镀外反射膜，所述直角反射棱镜用于将两个相反视场方向的信标光反射到所述成像靶面10；成像靶面10，其外径不少于6mm，用于将信标光成像，以便接收机观察到信标光的光斑。

透镜之间的中心距指两个透镜间沿中心轴线方向的间隔即空气间隙，参照图1所示，第一正弯月透镜1与第二正弯月透镜2之间的中心距为0.55mm、第二正弯月透镜2与第三正弯月透镜3之间的中心距为1.2mm、第三正弯月透镜3与第一折反混合透镜4之间的中心距为2.16mm、第一折反混合透镜4与负弯月透镜5之间的中心距为0.7mm、负弯月透镜5与第一双凸透镜6之间的中心距为0.1mm、第一双凸透镜6与第一正负双胶合透镜7之间的中心距为0.1mm、第一正负双胶合透镜7与第二双凸透镜8之间的中心距为0.1mm。

参照图1所示，平凹透镜17与双凹透镜16之间的中心距为6.17mm、双凹透镜16与第二折反混合透镜15之间的中心距为2.1mm、第二折反混合透镜15与第四正弯月透镜14之间的中心距为0.1mm、第四正弯月透镜14与第二正负双胶合透镜13之间的中心距为0.63mm、第二正负双胶合透镜13与第三双凸透镜12之间的中心距为0.1mm、第三双凸透镜12与第三正负双胶合透镜11之间的中心距为0.1mm。

参照图2和图3所示，第一折反混合透镜4关于水平中心轴线对称，第一折反混合透镜4的第一环形反射面41的外径为14mm、内径为2mm、曲率半径为-7.13mm，第一折反混合透镜4的第二环形反射面42为环形平面、所述第二环形反射面42的外径为6.4mm、内径为3mm，第一折反混合透镜4的第一环形透射面43的外径为14mm、内径为6.4mm、曲率半径为+22.81mm，第一折反混合透镜4的第二透射面44的外径为2.4mm、曲率半径为-3.3mm，第一折反混合透镜4的第三透射面45的外径为2mm、曲率半径为-7.13mm。

参照图4所示，第二折反混合透镜15关于水平中心轴线对称，第二折反混合透镜15的第三环形反射面151的外径为12mm、内径为2.7mm、曲率半径为-6.67mm，第二折反混合透镜15的第四环形反射面152为环形平面、所述第四环形反射面152的外径为6.5mm、内径为3mm，第二折反混合透镜15的第四环形透射面153的外径为17mm、内径为6.5mm、曲率半径为+26.13mm，第二折反混合透镜15的第五透射面154为圆形平面、所述第五透射面154的外径为3mm，第二折反混合透镜15的第六透射面155的外径为2.7mm、曲率半径为-6.67mm。

第一折反混合透镜4的第一环形反射面41与第二环形反射面42镀内反射膜，第一折反混合透镜4的第一环形透射面43、第二透射面44、第三透射面45镀减反射膜，减反膜又称增透膜可以增加透光量并减少或消除杂散光。第二折反混合透镜15的第三环形反射面151、第四环形反射面152镀内反射膜，第二折反混合透镜15的第四环形透射面153、第五透射面154、第六透射面155镀减反射膜。

由第一折反混合透镜4的第一环形透射面43入射的信标光能全部经过第一折反混合透镜4的第一环形反射面41反射、由第一折反混合透镜4的第一环形反射面41反射的信标光能全部经过第一折反混合透镜4的第二环形反射面42反射、由第一折反混合透镜4的第二环形反射面42反射的信标光能全部经过第一折反混合透镜4的第三透射面45透射。由第二折反混合透镜15的第四环形透射面153入射的信标光能全部经过第二折反混合透镜15的第三环形反射面151反射、由第二折反混合透镜15的第三环形反射面151反射的信标光能全部经过第二折反混合透镜15的第四环形反射面152反射、由第二折反混合透镜15的第四环形反射面152反射的信标光能全部经过第二折反混合透镜15的第六透射面155透射。

第一信标光捕获模块与第二信标光捕获模块的视场方向相反，两者视场对称，第一信标光捕获模块的信标光视场角为180度，第二信标光捕获模块的信标光视场角为180度，第一信标光捕获模块与第二信标光捕获模块的总视场角为360度。在一种可行的实施例中，从第一折反混合透镜4的第二透射面44入射的信标光的视场角为100度，即从第一正弯月透镜1入射的信标光视场角为100度，从第一折反混合透镜4的第一环形透射面43入射的信标光视场角范围为从100度到180度；对称的相反方向上，从第二折反混合透镜15的第五透射面154入射的信标光的视场角为100度，即从平凹透镜17入射的信标光视场角为100度，从第二折反混合透镜15的第四环形透射面153入射的信标光视场角范围为从100度到180度。因此，该信标光捕获系统具有空中360度视场。

通过上述方式，可以实现自由空间量子通信中信标光的360度全景捕获，提高了发射机与接收机之间信标光捕获的工作效率，并通过正弯月透镜、折反混合透镜、负弯月透镜、正负双胶合透镜、双凸透镜等的设计改善了信标光的像差与光谱色差、提高了信标光的捕获精度、且维持了信标光较高的能量利用率。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种全景信标光捕获系统，其特征在于，包括第一信标光捕获模块、第二信标光捕获模块、直角反射棱镜以及成像靶面，所述直角反射棱镜包括第一直角面与第二直角面，所述第一直角面用于反射所述第一信标光捕获模块捕获的信标光，所述第二直角面用于反射所述第二信标光捕获模块捕获的信标光；

所述第一信标光捕获模块包括依次排列且中心共轴的第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、第三正弯月透镜、第一折反混合透镜、负弯月透镜、第一双凸透镜、第一正负双胶合透镜、第二双凸透镜，所述第二信标光捕获模块包括依次排列且中心共轴的平凹透镜、双凹透镜、第二折反混合透镜、第四正弯月透镜、第二正负双胶合透镜、第三双凸透镜、第三正负双胶合透镜；

所述第一折反混合透镜包括第一环形反射面、第二环形反射面、第一环形透射面、第二透射面、第三透射面；由所述第一正弯月透镜入射的信标光依次经过所述第一正弯月透镜、所述第二正弯月透镜、所述第三正弯月透镜、所述第一折反混合透镜的第二透射面透射、所述第一折反混合透镜的第三透射面透射、所述负弯月透镜、所述第一双凸透镜、所述第一正负双胶合透镜、所述第二双凸透镜、所述直角反射棱镜反射、所述成像靶面，由所述第一正弯月透镜入射的信标光在所述成像靶面上成像；由所述第一折反混合透镜的第一环形透射面入射的信标光依次经过所述第一折反混合透镜的第一环形透射面透射、所述第一折反混合透镜的第一环形反射面反射、所述第一折反混合透镜的第二环形反射面反射、所述第一折反混合透镜的第三透射面透射、所述负弯月透镜、所述第一双凸透镜、所述第一正负双胶合透镜、所述第二双凸透镜、所述直角反射棱镜反射、所述成像靶面，由所述第一折反混合透镜的第一环形透射面入射的信标光在所述成像靶面上成像；

所述第二折反混合透镜包括第三环形反射面、第四环形反射面、第四环形透射面、第五透射面、第六透射面；由所述平凹透镜入射的信标光依次经过所述平凹透镜、所述双凹透镜、所述第二折反混合透镜的第五透射面透射、所述第二折反混合透镜的第六透射面透射、所述第四正弯月透镜、所述第二正负双胶合透镜、所述第三双凸透镜、所述第三正负双胶合透镜、所述直角反射棱镜反射、所述成像靶面，由所述平凹透镜入射的信标光在所述成像靶面上成像；由所述第二折反混合透镜的第四环形透射面入射的信标光依次经过所述第二折反混合透镜的第四环形透射面透射、所述第二折反混合透镜的第三环形反射面反射、所述第二折反混合透镜的第四环形反射面反射、所述第二折反混合透镜的第六透射面透射、所述第四正弯月透镜、所述第二正负双胶合透镜、所述第三双凸透镜、所述第三正负双胶合透镜、所述直角反射棱镜反射、所述成像靶面，由所述第二折反混合透镜的第四环形透射面入射的信标光在所述成像靶面上成像；

所述第一信标光捕获模块与所述第二信标光捕获模块的视场方向相反，所述第一信标光捕获模块的信标光视场角为180度，所述第二信标光捕获模块的信标光视场角为180度，所述第一信标光捕获模块与所述第二信标光捕获模块的总视场角为360度；

所述第一正弯月透镜的外径为12mm、凸面曲率半径为+20.28mm、凹面曲率半径为+8mm、中心横向厚度为1mm，所述第二正弯月透镜的外径为8mm、凸面曲率半径为+6.87mm、凹面曲率半径为+6mm、中心横向厚度为1.2mm，所述第三正弯月透镜的外径为6.4mm、凸面曲率半径为+13.03mm、凹面曲率半径为+3.5mm、中心横向厚度为1mm，所述第一折反混合透镜的外径为14mm、中心横向厚度为11.85mm，所述负弯月透镜的外径为4mm、凹面曲率半径为-2.57mm、凸面曲率半径为-4.09mm、中心横向厚度为1mm，所述第一双凸透镜的外径为5mm、紧邻所述负弯月透镜的凸面的曲率半径为+7.44mm、紧邻所述第一正负双胶合透镜的凸面的曲率半径为-4.04mm、中心横向厚度为1.5mm，所述第一正负双胶合透镜的外径为5mm、凸面曲率半径为+4.66mm、凹面曲率半径为+4.68mm、中心横向厚度为3mm，所述第二双凸透镜的外径为4.5mm、紧邻所述第一正负双胶合透镜的凸面的曲率半径为+4mm、邻近所述直角反射棱镜的凸面的曲率半径为-8.04mm、中心横向厚度为1.5mm；

所述平凹透镜的外径为14.5mm、凹面曲率半径为+10mm、中心横向厚度为1.5mm，所述双凹透镜的外径为5mm、紧邻所述平凹透镜的凹面的曲率半径为-7.55mm、邻近所述第二折反混合透镜的凹面的曲率半径为+3.5mm、中心横向厚度为1mm，所述第二折反混合透镜的外径为17mm、中心横向厚度为11.3mm，所述第四正弯月透镜的外径为3.5mm、凸面曲率半径为+5.9mm、凹面曲率半径为+2.93mm、中心横向厚度为1mm，所述第二正负双胶合透镜的外径为5.4mm、紧邻所述第四正弯月透镜的凸面的曲率半径为+6mm、邻近所述第三双凸透镜的凸面的曲率半径为-21.12mm、中心横向厚度为3mm，所述第三双凸透镜的外径为5.4mm、紧邻所述第二正负双胶合透镜的凸面的曲率半径为+8.87mm、邻近所述第三正负双胶合透镜的凸面的曲率半径为-4.91mm、中心横向厚度为2mm，所述第三正负双胶合透镜的外径为5.4mm、紧邻所述第三双凸透镜的凸面的曲率半径为+6mm、邻近所述直角反射棱镜的凸面的曲率半径为-43.26mm、中心横向厚度为3mm；

所述成像靶面的外径不小于6mm；

所述第一正弯月透镜与所述第二正弯月透镜之间的中心距为0.55mm、所述第二正弯月透镜与所述第三正弯月透镜之间的中心距为1.2mm、所述第三正弯月透镜与所述第一折反混合透镜之间的中心距为2.16mm、所述第一折反混合透镜与所述负弯月透镜之间的中心距为0.7mm、所述负弯月透镜与所述第一双凸透镜之间的中心距为0.1mm、所述第一双凸透镜与所述第一正负双胶合透镜之间的中心距为0.1mm、所述第一正负双胶合透镜与所述第二双凸透镜之间的中心距为0.1mm；

所述平凹透镜与所述双凹透镜之间的中心距为6.17mm、所述双凹透镜与所述第二折反混合透镜之间的中心距为2.1mm、所述第二折反混合透镜与所述第四正弯月透镜之间的中心距为0.1mm、所述第四正弯月透镜与所述第二正负双胶合透镜之间的中心距为0.63mm、所述第二正负双胶合透镜与所述第三双凸透镜之间的中心距为0.1mm、所述第三双凸透镜与所述第三正负双胶合透镜之间的中心距为0.1mm；

所述第一折反混合透镜关于水平中心轴线对称，所述第一折反混合透镜的第一环形反射面的外径为14mm、内径为2mm、曲率半径为-7.13mm，所述第一折反混合透镜的第二环形反射面为环形平面、所述第二环形反射面的外径为6.4mm、内径为3mm，所述第一折反混合透镜的第一环形透射面的外径为14mm、内径为6.4mm、曲率半径为+22.81mm，所述第一折反混合透镜的第二透射面的外径为2.4mm、曲率半径为-3.3mm，所述第一折反混合透镜的第三透射面的外径为2mm、曲率半径为-7.13mm；

所述第二折反混合透镜关于水平中心轴线对称，所述第二折反混合透镜的第三环形反射面的外径为12mm、内径为2.7mm、曲率半径为-6.67mm，所述第二折反混合透镜的第四环形反射面为环形平面、所述第四环形反射面的外径为6.5mm、内径为3mm，所述第二折反混合透镜的第四环形透射面的外径为17mm、内径为6.5mm、曲率半径为+26.13mm，所述第二折反混合透镜的第五透射面为圆形平面、所述第五透射面的外径为3mm，所述第二折反混合透镜的第六透射面的外径为2.7mm、曲率半径为-6.67mm。

2.根据权利要求1所述的全景信标光捕获系统，其特征在于，所述第一正弯月透镜为石英透镜，用于实现大角度光线汇聚；所述第二正弯月透镜为重冕玻璃透镜，用于实现大角度光线的二级压缩；所述第三正弯月透镜为轻冕玻璃透镜，用于实现大角度光线像质的初级校正；所述第一折反混合透镜为软质玻璃透镜，用于将大角度光线进行超低畸变汇聚，还用于融合中心视场光束与边缘视场光束；所述负弯月透镜为镧火石玻璃透镜，用于校正初级像差；所述第一双凸透镜为冕牌透镜，用于实现发散光束的汇聚；所述正负双胶合透镜由双凸重冕玻璃透镜与双凹重火石玻璃透镜胶合构成，用于校正光谱色差；所述第二双凸透镜为重冕玻璃透镜，用于校正高级像差。

3.根据权利要求1所述的全景信标光捕获系统，其特征在于，所述平凹透镜为石英透镜，用于实现大角度光线汇聚；所述双凹透镜为重冕玻璃透镜，用于实现大角度光线的二级压缩；所述第二折反混合透镜为软质玻璃透镜，用于将大角度光线进行超低畸变汇聚，还用于融合中心视场光束与边缘视场光束；所述第四正弯月透镜为轻冕玻璃透镜，用于校正初级像差；所述第二正负双胶合透镜由双凸钡冕玻璃透镜与负弯月重火石玻璃透镜胶合构成，用于校正光谱色差；所述第三双凸透镜为冕牌玻璃透镜，用于压缩光线高度；所述第三正负双胶合透镜由双凸重冕玻璃透镜与负弯月重火石玻璃透镜胶合构成，用于校正残余像差。

4.根据权利要求1所述的全景信标光捕获系统，其特征在于，所述直角反射棱镜包括第一直角面和第二直角面，所述第一直角面镀外反射膜，所述第二直角面镀外反射膜，所述直角反射棱镜用于将两个相反视场方向的信标光反射到所述成像靶面；所述成像靶面，用于将信标光成像。

5.根据权利要求1所述的全景信标光捕获系统，其特征在于，所述第一折反混合透镜的第一环形反射面、第二环形反射面镀内反射膜，所述第一折反混合透镜的第一环形透射面、第二透射面、第三透射面镀减反射膜；所述第二折反混合透镜的第三环形反射面、第四环形反射面镀内反射膜，所述第二折反混合透镜的第四环形透射面、第五透射面、第六透射面镀减反射膜。

6.根据权利要求1所述的全景信标光捕获系统，其特征在于，所述第一折反混合透镜还包括非工作面，所述非工作面用于结构件夹持。

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