CN115903258A - 一种用于激光通信终端的光路光学装调装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于激光通信终端的光路光学装调装置，属于光学装调技术领域，包括光笔固定壳、红外光笔、光笔定位座和转接座，光笔固定壳上设置有定位出光口，光笔定位座上设置有定位进光口；红外光笔可拆卸安装在光笔固定壳内，光笔固定壳和光笔定位座可拆卸固定；转接座可拆卸安装在激光通信终端的顶部，光笔定位座与转接座可拆卸连接，转接座上设置有通孔；红外光笔发射出的平行红外激光通过定位出光口、定位进光口和转接座，从激光终端进光孔射入激光通信终端；本发明同时提出了装调方法，解决了现有技术中激光通信终端光学光路装调过程操作繁琐、耗时长的问题。

Description

一种用于激光通信终端的光路光学装调装置和方法

技术领域

本发明涉及光学装调技术领域，特别涉及一种用于激光通信终端的光路光学装调装置和方法。

背景技术

激光通信终端光路的精准度决定了激光终端与发射机在进行精跟踪时的跟踪精度、捕获时间、捕获概率、捕获视场范围等多个指标，由于这些指标极其精准，并且后光路内部包含多个反射镜以及分光片，光路十分复杂，装调过程中往往仅凭测量仪器难以确定装调出现误差的部件和需要调整的方法，对光路中各个部件的装调造成很大的困扰。

传统针对激光通信终端后光路中各个部件的装调主要采用如下方法：

第一步、在后光路底面上建立笛卡尔坐标系，通过理论计算，计算出部件在底部平面坐标轴中的位置；

第二步、采用自准直仪精确标示出分光片所要安装的角度和位置；

第三步、将部件安装在标示的位置上；

第四步、使用自准直仪确认标示每个分光片位置是否精确，若位置正确则跳至步骤六，若位置不正确则重复步骤四和五；

第五步、通过研磨分光片底盘来调整分光片光路方向；

第六步、组装好激光通信终端光机光学光路部分；

第七步、通过发射机发射信标光；

第八步、在CCD显示屏上观察光标所在的位置，如果光标位于视场中心，则装调合格，如果出现偏差则需要拆开激光通信终端后光路，打开后光路，重复步骤四～八直到装调合格。

由于光路分光片的位置精准度对光路影响较大，分光片位置存在大误差就会导致光路不能对准。仅仅单靠自准直仪难以确保分光片安装后的准确度。实际装调过程中发现，往往自准直仪测量误差范围内的分光片，由于底盘不平会导致光路不准，并且在激光通信终端后光路光学元器件装调过程中，还需要调整各个分光片的安装角度，由于无法直观确认光路实际情况，装调过程中时常会出现安装偏差，操作繁琐，耗时长，业内急需一种激光通信终端后光路光学部件装调方法。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在于加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供一种用于激光通信终端的光路光学装调装置和方法，目的是解决现有技术中激光通信终端光学光路装调过程操作繁琐、耗时长的问题。

一种用于激光通信终端的光路光学装调装置，包括光笔固定壳、红外光笔、光笔定位座和转接座，光笔固定壳上设置有定位出光口，光笔定位座上设置有定位进光口；红外光笔可拆卸安装在光笔固定壳内，光笔固定壳和光笔定位座可拆卸固定；转接座可拆卸安装在激光通信终端的顶部，光笔定位座与转接座可拆卸连接，转接座上设置有通孔；红外光笔发射出的平行红外激光通过定位出光口、定位进光口和转接座，从激光终端进光孔射入激光通信终端；激光通信终端的底部安装面为平面，激光终端进光孔设置在顶部，其轴向与底部安装面垂直，激光终端出光孔沿轴向与底部安装面平行的方向设置在激光通信终端的侧壁；激光通信终端的内部设置有分光片、PZT、接收器、CCD红外相机和光功率计，分光片至少有两处，红外光笔发出的红外激光沿激光终端进光孔进入激光通信终端后，经过分光片和PZT改变光路后打在接收器和CCD红外相机上，光功率计连接接收器后端；CCD红外相机用于在显示屏上实时显示出接收到的激光光斑；PZT用于光路的反射；接收器作为激光通信终端的通信接收器，用于将接收到的平行光汇集到光纤中传输；光功率计用于实时探测进入通信接收器中的光信号功率，分光片分出的进入接收器的光束与接收器是否对准通过观察光功率计接收到的光功率数值判断；通过观察光功率计的数值和CCD红外相机显示屏上的光斑确认分光片对准情况。

进一步地，光路光学装调装置还包括调整中间座，调整中间座分别与光笔固定壳和转接座可拆卸连接，调整中间座上设置有通孔，用于红外激光通过。

进一步地，CCD红外相机采用InGaAs短波红外非制冷焦平面探测相机。

进一步地，PZT采用压电陶瓷的电磁振镜。

进一步地，光笔固定壳和光笔定位座之间采用螺纹连接。

基于相同构思，本发明同时提出一种用于激光通信终端的光路光学装调方法，采用上述光路光学装调装置，包括如下步骤：

S1、在后光路底面上建立笛卡尔坐标系，通过理论计算，计算出部件在底部平面坐标轴中的位置；

S2、采用自准直仪精确标示出各分光片所要安装的角度和位置；

S3、将各分光片安装在标示的位置上；

S4、开启红外光笔，通过CCD红外相机和光功率计数值观察是否装调合格；

S4.1、开启红外光笔发出红外激光，在CCD红外相机显示屏上观察光标所在的位置，如果光标位于视场中心，则折射后产生的光路未发生任何偏转进入红外相机的分光片位置正确；如果不在视场中心，则上述分光片的位置不准确，按照步骤S5调整分光片的位置；

S4.2、在各光功率计上观察功率计数值，如果功率计功率均达到预期功率，则装调合格，结束装调；如果未达到预期功率，则折射后产生的光路未发生任何偏转进入对应功率计的分光片位置不准确，按照步骤S5调整分光片的位置；

通过CCD红外相机和光功率计数值持续观察，直至在CCD红外相机显示屏上观察光标所在的位置位于视场中心，且在各光功率计上观察功率计数值均达到预期功率，则装调合格，结束装调；

S5、通过研磨分光片底盘来调整分光片光路方向，直至整个光路同轴度误差符合要求；

至此，完成激光通信终端的光路光学装调。

进一步地，通过研磨分光片底盘来调整分光片光路方向步骤中，通过观察CCD红外相机显示屏上的光斑来调节分光片的位置，单条光路同轴度误差不大于3μrad，整个光路同轴度误差不大于5μrad。

进一步地，通过研磨分光片底盘来调整分光片光路方向步骤中，调整分光片的位置时按如下步骤进行：对每条光路的同轴度进行单独调整，通过观察光功率计的数值判断分光片的位置是否对准接收器，并按照数值研磨分光片的底盘，直至光路对准，保证光路同轴度误差不大于3μrad；所有单条光路的同轴度满足要求后，通过调节各分光片的位置，保证整个光路同轴度误差不大于5μrad。

进一步地，对每条光路的同轴度进行单独调整步骤中，先从第一个折射光路进入下一个分光片或经过PZT反射后进入下一个分光片的分光片开始调整。

进一步地，对每条光路的同轴度进行单独调整步骤中，所有折射光路进入下一个分光片或经过PZT反射后进入下一个分光片的分光片调整完毕后，其余分光片的调整无顺序要求。

本发明所取得的有益技术效果是：

可以直观的调节激光通信终端光路中各个光学部件的安装情况，与通过反复整机装调测试来确定光学部件是否安装准确，光路是否偏差的方式相比，极大缩短了装调花费的时间，大幅减少通信终端光路装调的人力消耗，简化对通信终端光路测试的复杂度，有效地提高了整个装调过程的可靠性，解决了现有技术中激光通信终端光学光路装调过程操作繁琐、耗时长的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本发明其中一种具体实施例的光路光学装调装置外形结构示意图；

图2是本发明的激光通信终端光路光学结构和光路传播原理示意图；

附图标记：1、激光通信终端；3、激光终端出光孔；101、第一分光片；102、第二分光片；103、第三分光片；104、第四分光片；201、第一PZT；202、第二PZT；301、第一接收器；302、第二接收器；303、第三接收器；401、CCD红外相机；500、光笔固定壳；501、红外光笔；502、定位出光口；503、光笔定位座；504、调整中间座；505、转接座；506、定位进光口；601、第一光功率计；602、第二光功率计；603、第三光功率计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，以下描述中提出的诸如特定系统结构、型号、技术参数等具体细节，仅为更好的理解本具体实施方式所做出的说明，而不是限定，不应因此影响本发明的保护范围。另外，对本领域技术人员来说应当知晓和理解的内容，此处不再赘述。

如图1～2所示，一种用于激光通信终端的光路光学装调装置的具体实施例，适用于激光传播方向与光学平台平行的光学调节系统，包括光笔固定壳500、红外光笔501、光笔定位座503、调整中间座504和转接座505，光笔固定壳500上设置有定位出光口502，光笔定位座503上设置有定位进光口506。

本具体实施例中激光通信终端1为壳体封装式结构，底部安装面为平面，激光终端进光孔(图中未示出)设置在顶部，其轴向与底部安装面垂直，激光终端出光孔3有四处，沿轴向与底部安装面平行的方向分别设置在激光通信终端1的侧壁。

本具体实施例中激光通信终端1的内部设置有第一分光片101、第二分光片102、第三分光片103、第四分光片104、第一PZT201、第二PZT202、第一接收器301、第二接收器302、第三接收器303、CCD红外相机401、第一光功率计601、第二光功率计602和第三光功率计603。红外激光沿激光终端进光孔进入激光通信终端1后，依次经过第一PZT201、第一分光片101、第二分光片102、第二PZT202和第四分光片104后打在第二接收器302上，第二接收器302后端连接第二光功率计602。

本具体实施例中第一分光片101、第二分光片102和第四分光片104采用的是能量分光片，可以将光束按能量比例分成两束光，一路为反射光，一路为直通光。红外激光经过第一分光片101时，直通光部分射向第二分光片102，反射光部分射向CCD红外相机401。红外激光经过第二分光片102时，反射光部分射向第二PZT202，直通光部分射向第三分光片103，经过反射后打在第一接收器301上，第一接收器301后端连接第一光功率计601。红外激光经过第四分光片104时，直通光部分射向第二接收器302，反射光部分打在第三接收器303上，第三接收器303后端连接第三光功率计603。本具体实施例中CCD红外相机401采用的是InGaAs短波红外非制冷焦平面探测相机，可以在显示屏上实时显示出接收到的激光光斑。本具体实施例中PZT即快速反射镜采用的是压电陶瓷的电磁振镜，用于光路的反射。接收器是激光通信终端1的通信接收器，可以将接收到的平行光汇集到光纤中传输。光功率计的作用是将进入通信接收器中的光信号功率实时探测出来，通过观察光功率计接收到的光功率数值可以判断出分光片分出的进入接收器的光束与接收器是否对准。通过观察三处光功率计的数值和CCD红外相机401显示屏上的光斑，即可在确认后光路分光片对准情况。

需要说明的是，激光通信终端1的内部结构不尽相同，但原理不变，基于本具体实施例所述的技术方案，应根据实际情况对光路光学装调装置做出适应性修改，以适应不同型号的激光通信终端1结构，此类改动本领域技术人员结合公知常识即可做出，不应视为付出了创造性劳动。

红外光笔501可拆卸安装在光笔固定壳500内，光笔固定壳500端部设置有定位出光口502。红外光笔501用以发出方向稳定性高的平行光束，本具体实施例中发出的是红外激光，红外光笔501发射出的红外激光通过定位出光口502射出。光笔固定壳500的作用有两个：一是固定红外光笔501，使其可靠固定到光笔定位座503上；二是调整红外光笔501的方向，使其发射出的红外激光与光笔定位座503上设置的定位进光口506同轴。光笔固定壳500和光笔定位座503之间螺纹连接，也可以采用卡扣连接或其他固定方式。转接座505可拆卸安装在激光通信终端1的顶部，调整中间座504分别与光笔定位座503和转接座505可拆卸连接，转接座505和调整中间座504上均设置有通孔，通孔的尺寸和位置根据激光终端进光孔与定位进光口506的尺寸和位置确定。调整中间座504的作用是调整光笔定位座503和转接座505相对位置，提高光路光学装调装置的适应能力。红外光笔501发射出的平行红外激光依次通过定位出光口502、定位进光口506、调整中间座504、转接座505，从激光终端进光孔射入激光通信终端1。

基于相同构思，本发明同时提供了一种用于激光通信终端的光路光学装调方法，采用上述光路光学装调装置对分光片进行装调，按如下步骤进行：

S1、在后光路底面上建立笛卡尔坐标系，通过理论计算，计算出部件在底部平面坐标轴中的位置；

S2、采用自准直仪精确标示出各分光片所要安装的角度和位置；

本具体实施例中分光片有四处，包括第一分光片101、第二分光片102、第三分光片103、第四分光片104。

S3、将各分光片安装在标示的位置上；

S4、开启红外光笔501，通过CCD红外相机401和光功率计数值观察是否装调合格；

S4.1、开启红外光笔501发出红外激光，在CCD红外相机401显示屏上观察光标所在的位置，如果光标位于视场中心，则第一分光片101位置正确；如果不在视场中心，则第一分光片101的位置不准确，按照步骤S5调整分光片的位置；

S4.2、在各光功率计上观察功率计数值，如果功率计功率均达到预期功率，则装调合格，结束装调；如果未达到预期功率，则折射后产生的光路未发生任何偏转进入对应功率计的分光片位置不准确，按照步骤S5调整分光片的位置；

本具体实施例中，如果第一功率计601的功率达到预期功率，则第三分光片101的位置准确，如果未达到预期功率，则按照步骤S5调整分光片位置。

第二功率计602或第三功率计603的功率未达到预期功率时，调整思路一致，此处不再赘述。

直至在CCD红外相机401显示屏上观察光标所在的位置位于视场中心，且在各光功率计上观察功率计数值均达到预期功率，则装调合格，结束装调；

S5、通过研磨分光片底盘来调整分光片光路方向；

S5.1本具体实施例中通过观察CCD红外相机401显示屏上的光斑来调节第一分光片的位置，并按照光斑偏离视场中心位置研磨第一分光片101的底盘，使单条光路同轴度误差不大于3μrad。

S5.2、观察第二光功率计602的数值，通过观察第二光功率计602的数值来判断第二分光片102的位置是否对准第二接收器302，并按照数值研磨第二分光片102的底盘，直至光路对准，保证光路同轴度误差不大于3μrad。

S5.3、观察第一光功率计601的数值，通过观察第一光功率计601的数值来判断第三分光片103的位置是否对准第一接收器301，并按照数值研磨第三分光片103的底盘，直至光路对准，保证光路同轴度误差不大于3μrad。

S5.4、观察第三光功率计603的数值，通过观察第三光功率计603的数值来判断第四分光片104的位置是否对准第三接收器303，并按照数值研磨第四分光片104的底盘，直至光路对准，保证光路同轴度误差不大于3μrad。

S5.5、通过调节第一分光片101、第二分光片102、第三分光片103和第四分光片104的位置，保证整个光路同轴度误差不大于5μrad。

至此，完成激光通信终端的光路光学装调。

需要说明的是，步骤S5.1和S5.3的顺序可以调换，不影响最终效果。

本具体实施例所取得的有益技术效果是：

可以直观的调节激光通信终端光路中各个光学部件的安装情况，与通过反复整机装调测试来确定光学部件是否安装准确，光路是否偏差的方式相比，极大缩短了装调花费的时间，大幅减少通信终端光路装调的人力消耗，简化对通信终端光路测试的复杂度，有效地提高了整个装调过程的可靠性，解决了现有技术中激光通信终端光学光路装调过程操作繁琐、耗时长的问题。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种用于激光通信终端的光路光学装调装置，其特征在于，包括光笔固定壳(500)、红外光笔(501)、光笔定位座(503)和转接座(505)，所述光笔固定壳(500)上设置有定位出光口(502)，所述光笔定位座(503)上设置有定位进光口(506)；

所述红外光笔(501)可拆卸安装在光笔固定壳(500)内，光笔固定壳(500)和光笔定位座(503)可拆卸固定；转接座(505)可拆卸安装在激光通信终端的顶部，光笔定位座(503)与转接座(505)可拆卸连接，转接座(505)上设置有通孔；红外光笔(501)发射出的平行红外激光通过定位出光口(502)、定位进光口(506)和转接座(505)，从激光终端进光孔射入激光通信终端；

激光通信终端的底部安装面为平面，激光终端进光孔设置在顶部，其轴向与底部安装面垂直，激光终端出光孔沿轴向与底部安装面平行的方向设置在激光通信终端的侧壁；

所述激光通信终端的内部设置有分光片、PZT、接收器、CCD红外相机和光功率计，所述分光片至少有两处，红外光笔(501)发出的红外激光沿激光终端进光孔进入激光通信终端后，经过分光片和PZT改变光路后打在接收器和CCD红外相机上，光功率计连接接收器后端；

所述CCD红外相机用于在显示屏上实时显示出接收到的激光光斑；所述PZT用于光路的反射；接收器作为激光通信终端的通信接收器，用于将接收到的平行光汇集到光纤中传输；光功率计用于实时探测进入通信接收器中的光信号功率，分光片分出的进入接收器的光束与接收器是否对准通过观察光功率计接收到的光功率数值判断；通过观察光功率计的数值和CCD红外相机显示屏上的光斑确认分光片对准情况。

2.根据权利要求1所述的光路光学装调装置，其特征在于，所述光路光学装调装置还包括调整中间座(504)，所述调整中间座(504)分别与光笔固定壳(500)和转接座(505)可拆卸连接，调整中间座(504)上设置有通孔，用于红外激光通过。

3.根据权利要求2所述的光路光学装调装置，其特征在于，所述CCD红外相机采用InGaAs短波红外非制冷焦平面探测相机。

4.根据权利要求3所述的光路光学装调装置，其特征在于，所述PZT采用压电陶瓷的电磁振镜。

5.根据权利要求3所述的光路光学装调装置，其特征在于，所述光笔固定壳(500)和光笔定位座(503)之间采用螺纹连接。

6.一种用于激光通信终端的光路光学装调方法，其特征在于，采用权利要求1～5其中任意一项所述的光路光学装调装置，包括如下步骤：

S1、在后光路底面上建立笛卡尔坐标系，通过理论计算，计算出部件在底部平面坐标轴中的位置；

S2、采用自准直仪精确标示出各分光片所要安装的角度和位置；

S3、将各分光片安装在标示的位置上；

S4、开启红外光笔(501)，通过CCD红外相机和光功率计数值观察是否装调合格；

S4.1、开启红外光笔(501)发出红外激光，在CCD红外相机显示屏上观察光标所在的位置，如果光标位于视场中心，则折射后产生的光路未发生任何偏转进入红外相机的分光片位置正确；如果不在视场中心，则上述分光片的位置不准确，按照步骤S5调整分光片的位置；

S4.2、在各光功率计上观察功率计数值，如果功率计功率均达到预期功率，则装调合格，结束装调；如果未达到预期功率，则折射后产生的光路未发生任何偏转进入对应功率计的分光片位置不准确，按照步骤S5调整分光片的位置；

通过CCD红外相机和光功率计数值持续观察，直至在CCD红外相机显示屏上观察光标所在的位置位于视场中心，且在各光功率计上观察功率计数值均达到预期功率，则装调合格，结束装调；

S5、通过研磨分光片底盘来调整分光片光路方向，直至整个光路同轴度误差符合要求；

至此，完成激光通信终端的光路光学装调。

7.根据权利要求6所述的光路光学装调方法，其特征在于，所述通过研磨分光片底盘来调整分光片光路方向步骤中，通过观察CCD红外相机显示屏上的光斑来调节分光片的位置，单条光路同轴度误差不大于3μrad，整个光路同轴度误差不大于5μrad。

8.根据权利要求7所述的光路光学装调方法，其特征在于，所述通过研磨分光片底盘来调整分光片光路方向步骤中，调整分光片的位置时按如下步骤进行：对每条光路的同轴度进行单独调整，通过观察光功率计的数值判断分光片的位置是否对准接收器，并按照数值研磨分光片的底盘，直至光路对准，保证光路同轴度误差不大于3μrad；所有单条光路的同轴度满足要求后，通过调节各分光片的位置，保证整个光路同轴度误差不大于5μrad。

9.根据权利要求8所述的光路光学装调方法，其特征在于，所述对每条光路的同轴度进行单独调整步骤中，先从第一个折射光路进入下一个分光片或经过PZT反射后进入下一个分光片的分光片开始调整。

10.根据权利要求9所述的光路光学装调方法，其特征在于，所述对每条光路的同轴度进行单独调整步骤中，按照光传播路径，依次调整折射后进入下一个分光片或经过PZT反射后进入下一个分光片的分光片，直至其余分光片折射光路均为直达接收器或红外相机为止，其余分光片的调整无顺序要求。

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