CN215448188U - 一种用于空间激光通信的光学探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种用于空间激光通信的光学探测系统，属于空间激光通信领域；本探测系统包括主镜、次镜、聚焦镜组和探测器；所述主镜位于次镜的右上方，且主镜的反射镜面与次镜的反射镜面对应，使得入射光通过主镜的反射镜面反射到次镜的反射镜面上；所述聚焦镜组设置在次镜的右边，聚焦镜组的中心点与次镜的中心点位于同一直线上，且聚焦镜组的折射镜面与次镜的反射镜面对应；所述探测器位于聚焦镜组的右边，且该探测器能接收所有经过该聚焦镜组所聚焦的入射光；本实用新型采用一个探测光路和一个探测器对空间激光通信中的多段波长的光进行探测，降低了卫星上的空间资源。

Description

一种用于空间激光通信的光学探测系统

技术领域

本实用新型属于空间激光通信领域，具体涉及一种用于空间激光通信的光学探测系统。

背景技术

空间激光通信具有宽带、高速、抗截获能力强、抗干扰能力强等特点，适合于空地、空空、星地、星际以及深空链路之间的信息传输。随着空间遥感技术的发展，空间相机的分辨率、光谱仪器的空间分辨率以及光谱仪器的光谱分辨率均有较大的提高，使得大量的空间探测数据需要实时传输到地面，供给技术人员和专家分析、提炼，实现空间仪器的应用价值。目前卫星上常用的微波带宽约为百兆级别，并且由于星间光通信距离极为遥远，精度要求极高，导致星间瞄准、捕获和跟踪难度较大，使得捕获的信息不准确。

目前获取卫星发送信息的一种常用的方案是额外加一个具有大发散角的信标光装置，利用其大发散角使得瞄准和捕获难度降低。为了对信号光和信标光进行探测，现有的探测光路往往具有两个探测器，甚至两个探测光路，复杂性较大，这就对空间光通信探测系统的装调测试带来了很大困难，且占用更多星上资源。

为解决上述问题，现有技术提供一种方案是只采用一个探测光路和一个探测器对信号光和信标光探测，但信标光只采用808nm、830nm等波长光源，与信号波长1550nm左右波长有着极大的间隔，易产生较大色差，不利于瞄准捕获；并且探测光路中不同波长光的有效焦距不一致，导致各波长不能同时满足聚焦要求，不利于固定探测器的安装位置。

发明内容

为了有效简化星间光通信探测光路，为星间激光通信提供了有力保障，本实用新型提供了一种用于空间光通信的光学探测系统，该光学探测系统包括主镜1、次镜2、聚焦镜组8和探测器7，所述主镜1设置在次镜2的右上方，且主镜反射镜面11与次镜反射镜21面对应，使得入射光在经过主镜反射镜面11反射后到达次镜反射镜面21上；所述聚焦镜组8设置在次镜2的右边，且聚焦镜组镜面31的中心点与次镜2的中心点位于同一直线上；所述探测器7设置在聚焦镜组8的右边，接收所有经过该聚焦镜组8聚焦的入射光。

优选的，主镜1和次镜2均为离轴抛物镜，根据天线对激光束压缩的倍数、主镜焦距、次镜焦距、主镜相对口径、主镜顶点曲率半径、次镜顶点曲率半径、主镜离轴量和次镜离轴量将主镜1和次镜2固定在特定的位置上，构成卡式离轴望远镜；进一步的，在主镜1和次镜2的反射镜面上均设置有增反膜。

优选的，主镜、次镜以及聚焦镜组均有与之配合的镜筒；其中，主镜镜筒用于固定主镜，次镜镜筒用于固定次镜，聚焦镜组镜筒用于固定聚焦镜组。

进一步的，球面镜组由4片球面镜组成，分别为第一球面镜3、第二球面镜4、第三球面镜5、第四球面镜6；第一球面镜3为弯月透镜，第二球面镜4为凸面镜，第三球面镜5为第一凹面镜，第四球面镜6为第二凹面镜，各个球面镜按顺序依次设置。

进一步的，聚焦镜组8的各个球面镜上均设置有增透膜。

本实用新型的有益效果为：通过设置离轴主镜和离轴次镜的位置关系，使之构成一种卡式离轴望远镜结构，减小光信号传输中的损耗；本实用新型采用一个探测光路和一个探测器对空间激光通信中的多段波长的光进行探测，降低了卫星上的空间资源；采用多个球面镜组成的聚焦镜组对大间隔波长的光信号进行消色差，提高了可靠性。

附图说明

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

图1是本实用新型的光学探测系统的结构示意图；

图2是本实用新型的光学探测系统的光路示意图；

图中：1、主镜；11、主镜反射镜面；12、主镜镜筒；2、次镜；21、次镜反射镜面；22、次镜镜筒；3、第一球面镜；31聚焦镜组镜面4、第二球面镜；5、第三球面镜；6、第四球面镜；7、探测器；8聚焦镜组；81、聚焦镜组镜筒。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

一种用于空间激光通信的光学探测系统，，如图1所示，该系统包括：主镜1、次镜2、聚焦镜组8的第一球面镜3、第二球面镜4、第三球面镜5、第四球面镜6和探测器7，所述主镜1位于次镜2的右上方，且主镜反射镜面11与次镜反射镜面21对应，使得入射光通过主镜反射镜面11后反射到次镜反射镜面21上；所述聚焦镜组镜面31的中心点和次镜2的中心点位于同一直线上，且聚焦镜组折射镜面31与次镜反射镜面21对应；所述探测器7位于聚焦镜组8的右边，且该探测器7能接收所有经过该聚焦镜组8所聚焦的入射光，具体的光路如图2所示。本实用新型通过采用一个探测光路和一个探测器对空间激光通信中的多段波长的光进行探测，降低了卫星上的空间资源。

可选的，主镜1和次镜2为具有反射作用的镜面结构。

可选的，将主镜1和次镜2组合成透射式望远镜或者同轴反射式望远镜，通过该镜可以对入射的光束进行传输。由于透射式望远镜中光经过玻璃会被玻璃吸收一小部分，而同轴反射式的望远镜存在次镜对光的遮挡，从而损失光能量；优选的，主镜1和次镜2均采用离轴抛物镜；通过将主镜和次镜设置成离轴反射式望远镜，规避了透射式望远镜和同轴反射式望远镜的缺陷，能减小光信号传输中的损耗。

进一步的，确定主镜1和次镜2的固定位置的过程包括：获取主镜的相对孔径；由于主镜的相对孔径越大，其镜筒的长度越短，可以减小光学系统的体积，但是主镜相对孔径越大，加工难度就会增加，即光学系统的加工难度和相对口径的立方成正比；根据主镜的相对孔径计算主镜和次镜的焦距，根据主镜和次镜的焦距计算主镜和次镜的相对距离。

在通过主镜和次镜组成卡式离轴望远镜的过程中，天线对激光束压缩的倍数为主、次镜的焦距之比，其公式为：

其中，f_主表示主镜焦距，f_次表示次镜焦距。

优选的，光学系统的相对口径D取1/1.5，则有主镜焦距f₁＝1.5D，主镜顶点曲率半径R₁＝2f₁，则次镜焦距f₂＝f₁/Γ，次镜顶点曲率半径R₂＝2f₂，两镜间距d＝f₁-f₂。

优选的，卡式离轴望远镜结构中镜片离轴量可根据实际工程需要自主选取，但是选取的离轴量必须满足特定的条件，该条件为：

主镜离轴量/Γ＝次镜离轴量

优选的，主次镜的圆锥曲面系数取K＝-1，即当主镜和次镜均为抛物面时，系统可以同时消除球差、彗差、像散以及畸变这四种像差。

进一步的，离轴抛物镜的结构包括：主镜1为上宽下窄的抛物镜，镜面为凹面，次镜2为下宽上窄的抛物镜，镜面为凸面。优选的，为获取较多的入射光，主镜1的体积比次镜2大。

可选的，聚焦镜组8包括至少2块且具有透射功能的球面镜。

优选的，由于空间光通信中光波波前对通信影响较大，且为了降低光波波前对通信的干扰，实现的较好的光波波前，以及对采集到的大间隔波长的光信号进行消色差，提高光信号的可靠性，将聚焦镜组8的第一球面镜3、第二球面镜4、第三球面镜5、第四球面镜6依次设置为弯月透镜、凸面镜、第一凹面镜和第二凹面镜。

进一步的，第一球面镜3、第二球面镜4、第三球面镜5、第四球面镜6之间的距离可自由调节以适应实际应用的需要。

可选的，为了增大主镜1和次镜2的反射效果以及聚焦镜组8中球面镜的透射效果，在主镜1、次镜2和聚焦镜组8的球面镜上或是四周添加其他可以达到增加反射功能或者透射功能的其他器件。优选的，所述主镜1和次镜2上均涂有增强银反射膜。

可选的，第一球面镜3、第二球面镜4、第三球面镜5、第四球面镜6上均涂有增透膜，膜厚为8nm～12nm；优选的，设置的增透膜的厚度为10nm。

优选的，主镜1的边缘外接有与之配合连接的主镜镜筒12，次镜2的边缘外接有与之配合连接的次镜镜筒22，聚焦镜组8外有与之配合的聚焦镜组镜筒81。

优选的，探测器7探测光时的探测光斑的位置在探测器的正中心；探测到的波长为830nm、1540nm和1563nm。

以上所举实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于空间激光通信的光学探测系统，其特征在于，包括主镜(1)、次镜(2)、聚焦镜组和探测器(7)；所述主镜(1)设置在次镜(2)的右上方，且主镜反射镜面(11)与次镜反射镜面(21)对应，使得入射光在经过主镜反射镜面(11)反射后到达次镜反射镜面(21)上；所述聚焦镜组设置在次镜(2)的右边，且聚焦镜组镜面(31)的中心点与次镜(2)的中心点位于同一直线上；所述探测器(7)设置在聚焦镜组(8)的右边，使得该探测器能接收所有经过该聚焦镜组聚焦的入射光。

2.根据权利要求1所述的一种用于空间激光通信的光学探测系统，其特征在于，主镜和次镜均为离轴抛物镜，根据天线对激光束压缩的倍数、主镜焦距、次镜焦距、主镜相对口径、主镜顶点曲率半径、次镜顶点曲率半径、主镜离轴量和次镜离轴量将主镜(1)和次镜(2)固定在特定的位置上，构成卡式离轴望远镜。

3.根据权利要求2所述的一种用于空间激光通信的光学探测系统，其特征在于，在主镜(1)和次镜(2)的反射镜面上均设置有增反膜。

4.根据权利要求1所述的一种用于空间激光通信的光学探测系统，其特征在于，聚焦镜组包括4片球面镜，分别为第一球面镜(3)、第二球面镜(4)、第三球面镜(5)、第四球面镜(6)；第一球面镜(3)为弯月透镜，第二球面镜(4)为凸面镜，第三球面镜(5)为第一凹面镜，第四球面镜(6)为第二凹面镜，各个球面镜按顺序依次设置。

5.根据权利要求4所述的一种用于空间激光通信的光学探测系统，其特征在于，在聚焦镜组的各个球面镜上均设置有增透膜。

6.根据权利要求1所述的一种用于空间激光通信的光学探测系统，其特征在于，光学探测系统还包括主镜镜筒(12)、次镜镜筒(22)以及聚焦镜组镜筒(81)；其中，主镜镜筒(12)用于固定主镜，次镜镜筒(22)用于固定次镜，聚焦镜组镜筒(81)用于固定聚焦镜组。

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