CN213302670U - 一种用于空间光通信的光学天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种用于空间光通信的光学天线，包括物镜、目镜、二向色镜、第一聚焦准直镜和第二聚焦准直镜；第一光纤、第一聚焦准直镜、二向色镜、目镜和物镜按光的传播方向依次设置且位于一条直线上，所述第一光纤发射/接收的光束能够透过所述二向色镜；物镜、目镜、二向色镜、第二聚焦准直镜和第二光纤也按光的传播方向依次设置，第二光纤接收/发射的光束能够被二向色镜反射。本实用新型将第一光纤、第一聚焦准直镜、二向色镜、目镜和物镜设置在一条直线上，实现收发光束共轴；而且采用二向色镜隔离收发光束，具有体积小、温度易控、隔离度高、损耗小等特点，同时便于装配和测试，为实现光学天线良好的工作性能提供了可靠保障。
Description
技术领域
本实用新型属于空间光通信领域，具体涉及一种用于空间光通信的光学天线。
背景技术
在空间光通信方面，随着多媒体等通信业务的发展，通信数据率也在迅猛增加，而在其他卫星应用方面，如卫星水力观测、地震预报、矿产资源勘探、海洋观测、精细农业，环境保护等对卫星技术的要求越来越大，对星载相机分辨率和图像质量要求越来越高。由此，随之而来的严重问题是需要传输的信息量大大增加。目前，卫星的数据传输能力已远远不能满足这种发展需求，而空间光通信技术恰恰可以满足这种发展需求，提供大容量通信新技术。
在卫星运行轨道的空间环境中，环境情况比较恶劣，空间光通信终端易受温度、辐射的影响。此外，空间激光通信终端还要考虑小型化的需求。有的空间激光通信系统采用收发分离式天线，如接收天线为卡塞格林望远镜，而发射天线为开普勒望远镜，其优点是不共用天线损耗低，缺点是终端体积和质量增大，且采用卡塞格林望远镜系统，主次镜之间有光束传播，对系统温控有一定影响。采用收发共用的光学天线优点是终端体积小，但采用分光器件会造成一定的光能损耗。
实用新型内容
本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种用于空间光通信的光学天线。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种用于空间光通信的光学天线，包括物镜、目镜、二向色镜、第一聚焦准直镜和第二聚焦准直镜；
第一光纤、第一聚焦准直镜、二向色镜、目镜和物镜按光的传播方向依次设置且位于一条直线上，第一光纤发射/接收的光束能够透过二向色镜；
物镜、目镜、二向色镜、第二聚焦准直镜和第二光纤也按光的传播方向依次设置，第二光纤接收/发射的光束能够被二向色镜反射。
上述技术方案中，将第一光纤、第一聚焦准直镜、二向色镜、目镜和物镜设置在一条直线上，实现收发光束共轴；而且采用二向色镜隔离收发光束，具有体积小、温度易控、隔离度高、损耗小等特点，同时便于装配和测试，为实现光学天线良好的工作性能提供了可靠保障。
在本实用新型的一种优选实施方式中，第一光纤为发射光纤，第二光纤为接收光纤；或者第一光纤为接收光纤，第二光纤为发射光纤。
上述技术方案中，当第一光纤为发射光纤，第二光纤为接收光纤时，二向色镜能够透过发射光束同时反射接收光束；当第一光纤为接收光纤，第二光纤为发射光纤时，二向色镜能够透过接收光束同时反射发射光束，具体应根据实际情况配置二向色镜。
在本实用新型的一种优选实施方式中，发射光纤光源采用1550nm波长光源，接收光纤采用1540nm，1560nm或808nm波长光源。
在本实用新型的一种优选实施方式中，物镜为凸透镜，目镜为凹透镜。物镜与目镜组成伽利略式望远镜的结构，实现发生光束的扩束准直。
在本实用新型的一种优选实施方式中，目镜包括依次设置的第一目镜和第二目镜，第一目镜位于物镜与第二目镜之间，第一目镜靠近物镜的一侧凸出设置，第一目镜远离物镜的一侧凹陷设置，第二目镜的两侧均凸出设置。设置两个目镜以增大视野。
在本实用新型的一种优选实施方式中，物镜、目镜、二向色镜、第一聚焦准直镜和第二聚焦准直镜均采用抗辐射材料制成。
在本实用新型的另一种优选实施方式中，物镜、目镜、二向色镜、第一聚焦准直镜和第二聚焦准直镜均采用石英材料、氧化铪或二氧化钛制成。
在本实用新型的另一种优选实施方式中，第一光纤和第二光纤均为抗辐射单模光纤。
在本实用新型的另一种优选实施方式中，第一聚焦准直镜和第二聚焦准直镜上均具有增透膜。
在本实用新型的另一种优选实施方式中，物镜边缘外接有与之密封连接的镜筒。
本实用新型的有益效果如下：通过设置物镜和两个目镜组成伽利略式望远镜，将第一光纤、第一聚焦准直镜、二向色镜、目镜和物镜设置在一条直线上，实现收发光束共轴；物镜边缘外接镜筒，具有阻挡外界辐射粒子进入系统的特点；而且采用二向色镜隔离收发光束，具有体积小、温度易控、隔离度高、损耗小等特点，同时便于装配和测试，为实现光学天线良好的工作性能提供了可靠保障。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是实施例的一种用于空间光通信的光学天线的结构示意图。
图2是实施例中的第一光纤发送/接收光束的光路示意图。
图3是实施例中的第二光纤发送/接收光束的光路示意图。
说明书附图中的附图标记包括：物镜1、第一目镜2、第二目镜3、二向色镜4、第一聚焦准直镜5、第二聚焦准直镜6、第一光纤7、第二光纤8、镜筒9。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一
本实施例提供了一种用于空间光通信的光学天线，如图1所示，在一种优选实施方式中，其包括物镜1、目镜、二向色镜4、第一聚焦准直镜5和第二聚焦准直镜6。
第一光纤7、第一聚焦准直镜5、二向色镜4、目镜和物镜1按光的传播方向依次设置且位于一条直线上，比如从右至左依次设置，第一光纤7发射的光束能够透过二向色镜4。
物镜1、目镜、二向色镜4、第二聚焦准直镜6和第二光纤8也按光的传播方向依次设置，二向色镜4左侧的表面上具有反射膜，第二光纤8接收的光束能够被二向色镜4反射。二向色镜4倾斜设置，二向色镜4、第二聚焦准直镜6和第二光纤8位于一条直线上。
在本实施方式中，结合光学天线使用工作环境情况，第一光纤7和第二光纤8均为抗辐射单模光纤，第一光纤7为发射光纤，发射光纤光源采用1550nm通讯波长的光源，第二光纤8为接收光纤，接收光纤采用1540nm，1560nm或808nm等通讯波长的光源。物镜1、目镜、二向色镜4、第一聚焦准直镜5和第二聚焦准直镜6均采用抗辐射材料制成，比如抗辐射石英、氧化铪或二氧化钛材料。第一聚焦准直镜5为准直镜，第二聚焦准直镜6为聚焦镜，第一聚焦准直镜5和第二聚焦准直镜6均采用非球面设计，第一聚焦准直镜5和第二聚焦准直镜6上均镀有增透膜，增透膜厚度约10nm。
在本实施方式中，物镜1为凸透镜，目镜为凹透镜，组成伽利略式望远镜。优选地，目镜包括从左至右依次设置的第一目镜2和第二目镜3，第一目镜2和第二目镜3组成目镜组，第一目镜2为左凸右凹的镜片，第二目镜3为左右两侧均凹陷的镜片，设置两个目镜以增大视野。
在本实施方式中，物镜1边缘外接有与之密封连接的镜筒9，物镜1边缘接合镜筒9内表面，设置镜筒9能够阻挡外界辐射粒子进入该光纤天线系统。
采用本实施例的光学天线实现收发一体功能时，如图2所示，发射过程如下：第一光纤7出射激光，激光经过第一聚焦准直镜5后被准直；准直光束透过二向色镜4；出射光通过目镜(依次通过第二目镜3和第一目镜2)；通过目镜的光束最后通过物镜1，再次被扩束准直，并发射离开光学天线。
如图3所示，接收过程如下：数千公里外的平行光束通过物镜1；通过物镜1的接收光束通过目镜(依次通过第一目镜2和第二目镜3)并成为平行光束；接收的平行光束被二向色镜4反射；二向色镜4反射的平行光束被第二聚焦准直镜6聚焦；聚焦光束进入第二光纤8，完成信号接收。
本实施例中的二向色镜4能够透过发射光束同时反射接收光束。
实施例二
本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，在本实施方式中第一光纤7为接收光纤，第二光纤8为发射光纤，第一聚焦准直镜5为聚焦镜，第二聚焦准直镜6为准直镜。
采用本实施例的光学天线实现收发一体功能时，如图3所示，发射过程如下：第二光纤8出射激光，激光经过第二聚焦准直镜6后被准直；准直光束被二向色镜4反射；出射光通过目镜；通过目镜的光束最后通过物镜1，再次被扩束准直，并发射离开光学天线。
如图2所示，接收过程如下：数千公里外的平行光束通过物镜1；通过物镜1的接收光束通过目镜并成为平行光束；接收的平行光束透过二向色镜4；出射光被第一聚焦准直镜5聚焦；聚焦光束进入第一光纤7，完成信号接收。
本实施例中的二向色镜4能够透过接收光束同时反射发射光束。
在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，包括物镜、目镜、二向色镜、第一聚焦准直镜和第二聚焦准直镜；
第一光纤、第一聚焦准直镜、二向色镜、目镜和物镜按光的传播方向依次设置且位于一条直线上，所述第一光纤发射/接收的光束能够透过所述二向色镜；
物镜、目镜、二向色镜、第二聚焦准直镜和第二光纤也按光的传播方向依次设置，第二光纤接收/发射的光束能够被二向色镜反射。
2.如权利要求1所述的一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，所述第一光纤为发射光纤，第二光纤为接收光纤；或者所述第一光纤为接收光纤，第二光纤为发射光纤。
3.如权利要求2所述的一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，所述发射光纤光源采用1550nm波长光源，所述接收光纤采用1540nm,1560nm或808nm波长光源。
4.如权利要求1所述的一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，所述物镜为凸透镜，所述目镜为凹透镜。
5.如权利要求4所述的一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，所述目镜包括依次设置的第一目镜和第二目镜，第一目镜位于物镜与第二目镜之间，第一目镜靠近物镜的一侧凸出设置，第一目镜远离物镜的一侧凹陷设置，第二目镜的两侧均凸出设置。
6.如权利要求1所述的一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，所述物镜、目镜、二向色镜、第一聚焦准直镜和第二聚焦准直镜均采用抗辐射材料制成。
7.如权利要求6所述的一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，所述物镜、目镜、二向色镜、第一聚焦准直镜和第二聚焦准直镜均采用石英材料,氧化铪或二氧化钛制成。
8.如权利要求1所述的一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤均为抗辐射单模光纤。
9.如权利要求1所述的一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，所述第一聚焦准直镜和第二聚焦准直镜上均具有增透膜。
10.如权利要求1-9中任一项所述的一种用于空间光通信的光学天线，其特征在于，所述物镜边缘外接有与之密封连接的镜筒。
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