CN115037362A - 一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置 - Google Patents

Abstract

一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，其特征在于，包括两个以上单台检测系统或两个以上组合检测系统固定在高精密导轨上，跨距基于待测激光通信装置发射要求，支持距离大于1m，通过导轨平移固定，固定后使用经纬仪分别对于组合检测系统中的两个单台检测系统进行测量，并调整移动后的单台检测系统，此时两个单台检测系统光轴处于同轴状态。

Description

一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置

技术领域

一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，属于光电检测领域。

背景技术

激光通信在通信领域中逐渐成为一种重要的通信方式，通信距离可以从几万千米到几米，决定传输距离的重要因素包括束散角和同轴度。激光通信系统中一般包含通信光发射支路，信标光发射支路等，上述支路中拥有各自不同的光轴，对于激光多光轴同轴度偏差决定了对准难度和通信性能。因为通信光和信标光的存在，使得多波长同轴度偏差检测在激光通信过程中是非常重要的。

针对不同激光通信应用领域有着不同的技术要求，如为了远距离传输，常常要求通信光束散角很小，而为了降低粗对准难度，信标光束散角却很大，通信光和信标光的束散角从几十微弧度量级跨越到十几毫弧度量级，多波长、多视场下的同轴检测是急需解决的技术问题；为了实现多光端机发射系统，需要提供一种大跨距的同轴标定方法及装置；受探测器响应波段范围影响，尚未见涵盖大束散角信标光和小束散角通信光同时检测的同轴装置。可见，迫切需要一种对于多波长多视场大跨距的激光通信同轴度偏差的检测装置及方法。

在以往设计的检测装置中，通常使用的是大口径的平行光管或离轴反射系统进行检测，方式普遍都采用平行光路共光轴的测量手段，往往忽略激光通信中不同激光束散角、不同探测器的分辨率以及视场角的因素，对于大跨距、多束散角等情况下的光端机发射系统并没有较好的检测方法。

发明内容

为了解决上述存在的不足之处及缺点，本发明专利提出了一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，其特征在于，包括两个以上单台检测系统或两个以上组合检测系统固定在高精密导轨上，跨距基于待测激光通信装置发射要求，支持待测口径尺寸覆盖范围大于1m，通过导轨平移固定，固定后使用经纬仪分别对于组合检测系统中的两个单台检测系统进行测量，并调整移动后的单台检测系统，此时两个单台检测系统光轴处于同轴状态。

一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，其特征在于，每个组合检测系统包括一个以上单台检测系统，每个单元系统包括镜片一、镜片二、镜片三、波长分光镜、镜片四、通信光探测器、镜片五、信标光探测器、待测激光通信装置，镜片一，镜片二，镜片三，波长分光镜、镜片五、信标光探测器按水平中轴线依次设置，镜片四、通信光探测器依次设置在波长分光镜的反射方中轴线上。

一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置的检测方法，其中单台检测系统对激光通信同轴度的偏差检测方法，包括以下步骤：步骤一，将待测激光通信装置与单台检测系统通过目视粗略固定在同一轴线方向，同时，固定单台检测系统方向，由待测激光通信装置发射通信光，进入到单台检测系统，并由通信探测器接收光斑，通过调整待测激光通信装置的姿态，将通信光的光斑位置调整至零点；步骤二，待测激光通信装置发射信标光，进入单台检测系统，并由信标光探测器接收光斑，通过调整待测激光通信装置的信标光光轴，将信标光光斑位置调整至零点；步骤三，待测激光通信装置同时发射通信光和信标光，进入单台检测系统，通信光经过单台检测系统被通信光探测器接收，并对光斑质心进行记录；信标光经过单台检测系统被信标光探测器接收，并对光斑质心进行记录。通过对于光斑质心位置进行评估，指导装调并进一步调整待测激光通信装置的姿态和信标光光轴位置，此时待测激光通信装置的通信光和信标光完成调整并记录通信光和信标光的光斑质心位置，通信光坐标为(x₁,y₁)，信标光坐标为(x₂,y₂)；步骤四，计算得出单台检测系统所测通信光和信标光的同轴度偏差。通过记录的质心坐标(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，以及不同的探测器像元大小δ₁、δ₂得出相应的质心距离。同时，两路光路焦距f₁、f₂，由于采用分光路的结构，两路光路焦距不同，控制两路光路的角分辨率相同，将光斑质心距离按焦距比例放缩，得出两个光斑质心差：

单台检测系统所测通信光和信标光发射形成的同轴度偏差角：

在步骤一之前还需使用平行光管对单台检测系统中通信光探测器和信标光探测器进行零点标定。

一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置的检测方法，其特征在于，一个组合检测系统包括多个单台检测系统，其检测方法，包括以下步骤：步骤一，将多口径待测激光通信装置与组合检测系统通过目视粗略固定在同一轴线方向。调整组合检测系统中的单台检测系统使得组合检测系统中的每个单台检测系统都能对应多口径待测激光通信装置中的一组通信光和信标光、单束通信光或单束信标光。同时，固定组合检测系统，由多口径待测激光通信装置发射通信光，进入组合检测系统，并由相应通信光探测器接收，调整待测激光通信装置姿态，将多束通信光调整至相应通信光探测器零点位置；步骤二，多口径待测激光通信装置发射信标光，进入组合检测系统，由相应信标光探测器接收，调整多口径待测激光通信装置信标光光轴位置，将多束信标光光斑位置调整至相应信标光探测器零点位置；步骤三，多口径待测激光通信装置同时发射通信光和信标光，进入组合检测系统，经过不同的聚焦镜头组，由不同探测器接收，分别对不同的通信光和信标光光斑质心进行记录，并对记录的光斑质心进行评估，进一步调整多口径待测激光通信装置姿态或光轴位置，完成同轴装调并选择需要检测同轴度的光束，记录光斑质心坐标为(x_i,y_i)，(x_j,y_j)，(i＝1，2，3…；j＝1，2，3…)；步骤四，计算得出多口径待测激光通信装置的同轴度偏差，通过记录两组的质心坐标(x_i,y_i)，(x_j,y_j)，以及对应探测器像元大小δ_i、δ_j和两路光路焦距f_i、f_j，得出两个光斑质心差：

多口径待测激光通信装置发射形成的同轴度偏差角：

在步骤一之前还需根据多口径待测激光通信装置的具体结构以及其通信光和信标光光轴跨距大小，选择不同结构的组合检测系统，保证多口径待测激光通信装置的每束通信光和信标光都能进入组合检测系统，再使用平行光管对组合检测系统中多个探测器进行零点标定。

本发明所达到的有益效果是：适用于通信光波段范围900nm-1700nm和信标光波段范围400nm-900nm，检测的角分辨率达到4.33μrad，通信光束散角的检测上限7mrad，信标光束散角的检测上限为16mrad。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是单台检测系统的示意图；

图2是组合检测系统的示意图；

图3是由两个组合检测系统构成的检测装置的示意图；

图4是由四个组合检测系统构成的检测装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，包括两个以上单台检测系统或两个以上组合检测系统固定在高精密导轨上，跨距基于待测激光通信装置9发射要求，支持待测口径尺寸覆盖范围大于1m，通过导轨平移固定，为实现测量的准确性，固定后使用经纬仪分别对于组合检测系统中的两个单台检测系统进行测量，并调整移动后的单台检测系统，此时两个单台检测系统光轴处于同轴状态；每个组合检测系统包括一个以上单台检测系统，每个单元系统包括镜片一1、镜片二2、镜片三3、波长分光镜4、镜片四5、通信光探测器6、镜片五7、信标光探测器8、待测激光通信装置9，镜片一1，镜片二2，镜片三3，波长分光镜4、镜片五7、信标光探测器8按水平中轴线依次设置，镜片四5、通信光探测器6依次设置在波长分光镜4的反射方中轴线上。

待测激光通信装置9发射两束不同波段不同束散角的通信光和信标光，经过由镜片一1和镜片二2组成的缩束透镜组，入射到镜片三3，经过偏折入射到波长分光镜4，将通信光反射、信标光透射。为满足不同探测器的视场角要求，通信光和信标光分别通过镜片四5和镜片五7，最终通过通信光探测器6和信标光探测器8获得光斑质心坐标，再由像元大小，质心坐标以及两路光路的焦距，计算两个光斑的质心坐标差，根据光路焦距计算两束待测激光的偏差角。

采用会聚光路而非平行光路能够通过改变透镜组的等效焦距来增大视场角，其中，适用于通信光波段范围900nm-1700nm和信标光波段范围400nm-900nm，检测的角分辨率达到4.33μrad，通信光束散角的检测上限7mrad，信标光束散角的检测上限为16mrad。

波长分光镜的工作角度为45°，反射通信光波段为1550nm，反射率R＞99％，透射信标光波段范围为630nm，透射率T＞95％。

所述通信光探测器和信标光探测器分别响应的波段为1550nm和630nm，其中，1550nm近红外探测器视场角为7mrad，角分辨率4.33μrad；630nm可见光探测器视场角为16mrad，角分辨率4.33μrad，可以在保障探测器角分辨率相同的情况下，实现不同束散角的检测。

实施例1

如图1所示，一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，包括1个组合检测系统，每个组合检测系统包括1个单台检测系统。

每个单台检测系统对激光通信同轴度的偏差检测方法，包括以下步骤：

步骤一，将待测激光通信装置9与单台检测系统通过目视粗略固定在同一轴线方向，同时，固定单台检测系统方向，由待测激光通信装置9发射通信光，进入到单台检测系统，并由通信探测器接收光斑，通过调整待测激光通信装置9的姿态，将通信光的光斑位置调整至零点；

步骤二，待测激光通信装置9发射信标光，进入单台检测系统，并由信标光探测器8接收光斑，通过调整待测激光通信装置9的信标光光轴，将信标光光斑位置调整至零点；

步骤三，待测激光通信装置9同时发射通信光和信标光，进入单台检测系统，通信光经过单台检测系统被通信光探测器6接收，并对光斑质心进行记录；信标光经过单台检测系统被信标光探测器8接收，并对光斑质心进行记录。通过对于光斑质心位置进行评估，指导装调并进一步调整待测激光通信装置9的姿态和信标光光轴位置，此时待测激光通信装置9的通信光和信标光完成调整并记录通信光和信标光的光斑质心位置，通信光坐标为(x₁,y₁)，信标光坐标为(x₂,y₂)；

步骤四，计算得出单台检测系统所测通信光和信标光的同轴度偏差。通过记录的质心坐标(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，以及不同的探测器像元大小δ₁、δ₂得出相应的质心距离。同时，两路光路焦距f₁、f₂，由于采用分光路的结构，两路光路焦距不同，控制两路光路的角分辨率相同，将光斑质心距离按焦距比例放缩，得出两个光斑质心差：

单台检测系统所测通信光和信标光发射形成的同轴度偏差角：

在步骤一之前还需使用平行光管对单台检测系统中通信光探测器6和信标光探测器8进行零点标定。

实施例2

如图2所示，一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，包括1个组合检测系统，每个组合检测系统包括2个单台检测系统。

通过组合检测系统对激光通信同轴度的偏差检测方法，包括以下步骤：

步骤一，将多口径待测激光通信装置10与组合检测系统通过目视粗略固定在同一轴线方向。调整组合检测系统中的单台检测系统使得组合检测系统中的每个单台检测系统都能对应多口径待测激光通信装置10中的一组通信光和信标光、单束通信光或单束信标光。同时，固定组合检测系统，由多口径待测激光通信装置10发射通信光，进入组合检测系统，并由相应通信光探测器6接收，调整待测激光通信装置9姿态，将多束通信光调整至相应通信光探测器6零点位置；

步骤二，多口径待测激光通信装置10发射信标光，进入组合检测系统，由相应信标光探测器8接收，调整多口径待测激光通信装置10信标光光轴位置，将多束信标光光斑位置调整至相应信标光探测器8零点位置；

步骤三，多口径待测激光通信装置10同时发射通信光和信标光，进入组合检测系统，经过不同的聚焦镜头组，由不同探测器接收，分别对不同的通信光和信标光光斑质心进行记录，并对记录的光斑质心进行评估，进一步调整多口径待测激光通信装置10姿态或光轴位置，完成同轴装调并选择需要检测同轴度的光束，记录光斑质心坐标为(x_i,y_i)，(x_j,y_j)，(i＝1，2，3…；j＝1，2，3…)；

步骤四，计算得出多口径待测激光通信装置10的同轴度偏差，通过记录两组的质心坐标(x_i,y_i)，(x_j,y_j)，以及对应探测器像元大小δ_i、δ_j和两路光路焦距f_i、f_j，得出两个光斑质心差：

多口径待测激光通信装置10发射形成的同轴度偏差角：

在步骤一之前还需根据多口径待测激光通信装置10的具体结构以及其通信光和信标光光轴跨距大小，选择不同结构的组合检测系统，保证多口径待测激光通信装置10的每束通信光和信标光都能进入组合检测系统，再使用平行光管对组合检测系统中多个探测器进行零点标定。

实施例3

如图3所示，由两个组合检测系统组成的一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，组合一和组合二设置在左右摆放的高精密导轨上。

实施例4

如图4所示，由四个组合检测系统组成的一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，组合一和组合二、组合三和组合四各自形成组合对分别设置在两个左右摆放的高精密导轨上，两个左右摆放的高精密导轨设置在两个平行设置且竖直摆放的高精密导轨上。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，其特征在于，包括两个以上单台检测系统或两个以上组合检测系统固定在高精密导轨上，跨距基于待测激光通信装置发射要求，支持待测口径尺寸覆盖范围大于1m，通过导轨平移固定，固定后使用经纬仪分别对于组合检测系统中的两个单台检测系统进行测量，并调整移动后的单台检测系统，此时两个单台检测系统光轴处于同轴状态。

2.根据权利要求1所述的一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置，其特征在于，每个组合检测系统包括一个以上单台检测系统，每个单元系统包括镜片一、镜片二、镜片三、波长分光镜、镜片四、通信光探测器、镜片五、信标光探测器、待测激光通信装置，镜片一，镜片二，镜片三，波长分光镜、镜片五、信标光探测器按水平中轴线依次设置，镜片四、通信光探测器依次设置在波长分光镜的反射方中轴线上。

3.一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置的检测方法，其特征在于，其中单台检测系统对激光通信同轴度的偏差检测方法，包括以下步骤：

步骤一，将待测激光通信装置与单台检测系统通过目视粗略固定在同一轴线方向，同时，固定单台检测系统方向，由待测激光通信装置发射通信光，进入到单台检测系统，并由通信探测器接收光斑，通过调整待测激光通信装置的姿态，将通信光的光斑位置调整至零点；

步骤二，待测激光通信装置发射信标光，进入单台检测系统，并由信标光探测器接收光斑，通过调整待测激光通信装置的信标光光轴，将信标光光斑位置调整至零点；

步骤三，待测激光通信装置同时发射通信光和信标光，进入单台检测系统，通信光经过单台检测系统被通信光探测器接收，并对光斑质心进行记录；信标光经过单台检测系统被信标光探测器接收，并对光斑质心进行记录。通过对于光斑质心位置进行评估，指导装调并进一步调整待测激光通信装置的姿态和信标光光轴位置，此时待测激光通信装置的通信光和信标光完成调整并记录通信光和信标光的光斑质心位置，通信光坐标为(x₁,y₁)，信标光坐标为(x₂,y₂)；

步骤四，计算得出单台检测系统所测通信光和信标光的同轴度偏差。通过记录的质心坐标(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，以及不同的探测器像元大小δ₁、δ₂得出相应的质心距离。同时，两路光路焦距f₁、f₂，由于采用分光路的结构，两路光路焦距不同，控制两路光路的角分辨率相同，将光斑质心距离按焦距比例放缩，得出两个光斑质心差：

单台检测系统所测通信光和信标光发射形成的同轴度偏差角：

在步骤一之前还需使用平行光管对单台检测系统中通信光探测器和信标光探测器进行零点标定。

4.一种多波长多视场大跨距的同轴度偏差检测装置的检测方法，其特征在于，一个组合检测系统包括多个单台检测系统，其检测方法，包括以下步骤：

步骤一，将多口径待测激光通信装置与组合检测系统通过目视粗略固定在同一轴线方向。调整组合检测系统中的单台检测系统使得组合检测系统中的每个单台检测系统都能对应多口径待测激光通信装置中的一组通信光和信标光、单束通信光或单束信标光。同时，固定组合检测系统，由多口径待测激光通信装置发射通信光，进入组合检测系统，并由相应通信光探测器接收，调整待测激光通信装置姿态，将多束通信光调整至相应通信光探测器零点位置；

步骤二，多口径待测激光通信装置发射信标光，进入组合检测系统，由相应信标光探测器接收，调整多口径待测激光通信装置信标光光轴位置，将多束信标光光斑位置调整至相应信标光探测器零点位置；

步骤三，多口径待测激光通信装置同时发射通信光和信标光，进入组合检测系统，经过不同的聚焦镜头组，由不同探测器接收，分别对不同的通信光和信标光光斑质心进行记录，并对记录的光斑质心进行评估，进一步调整多口径待测激光通信装置姿态或光轴位置，完成同轴装调并选择需要检测同轴度的光束，记录光斑质心坐标为(x_i,y_i)，(x_j,y_j)，(i＝1，2，3…；j＝1，2，3…)；

步骤四，计算得出多口径待测激光通信装置的同轴度偏差，通过记录两组的质心坐标(x_i,y_i)，(x_j,y_j)，以及对应探测器像元大小δ_i、δ_j和两路光路焦距f_i、f_j，得出两个光斑质心差：

多口径待测激光通信装置发射形成的同轴度偏差角：

在步骤一之前还需根据多口径待测激光通信装置的具体结构以及其通信光和信标光光轴跨距大小，选择不同结构的组合检测系统，保证多口径待测激光通信装置的每束通信光和信标光都能进入组合检测系统，再使用平行光管对组合检测系统中多个探测器进行零点标定。

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