專利名稱：衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星激光通信，特別是一種衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，主要用于衛(wèi)星激光通信終端的瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤及通信性能的檢測和驗(yàn)證。

背景技術(shù)：
衛(wèi)星激光通信包括衛(wèi)星之間，衛(wèi)星和其他飛行體之間，衛(wèi)星和地面之間等的自由空間激光通信。為了保持兩個相對運(yùn)動的激光通信終端之間有穩(wěn)定的通信鏈路，一個激光通信終端必須包含激光通信和光學(xué)捕獲跟瞄兩大分系統(tǒng)。由于衛(wèi)星激光通信的作用距離為數(shù)百至數(shù)萬公里，因此不可能在空間直接完成激光通信終端的性能檢測和驗(yàn)證，所以激光通信終端的捕獲跟瞄性能和通信性能的檢測和驗(yàn)證評估必須在地面實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。
國外對衛(wèi)星激光通信終端性能的檢測和驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)都采用平行光管的手段和半物理半仿真的方法。平行光管用于發(fā)射一個檢驗(yàn)被測激光通信終端的波面或者用于接收被測激光通信終端的發(fā)射光束(參見[1]B.Lauren and G.Planche，“Silexoverview after flight terminals campaign，”Proc.SPIE，Vol.2990，pp.10-22，1997)，這種方案可以單獨(dú)檢驗(yàn)一個激光通信終端，但不能對兩個被測激光通信終端進(jìn)行相互直接實(shí)施跟瞄和通信性能的檢測驗(yàn)證。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，以解決在實(shí)驗(yàn)室有限的空間內(nèi)保證兩個衛(wèi)星激光通信終端都一定處于對方的光學(xué)遠(yuǎn)場區(qū)域并產(chǎn)生相互的平動，以模擬衛(wèi)星的相互運(yùn)動的技術(shù)效果。應(yīng)用于衛(wèi)星激光通信終端的光學(xué)捕獲跟瞄性能和遠(yuǎn)距離激光通信性能的實(shí)驗(yàn)室檢測和驗(yàn)證，對于空間激光通信終端的研制和發(fā)展具有很大的應(yīng)用價值。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是基于光學(xué)傅立葉變換和中心采樣4-f光學(xué)成像放大的原理實(shí)現(xiàn)光束的近場分布向遠(yuǎn)場分布的轉(zhuǎn)換；利用空間雙通道的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光束的獨(dú)立的正、逆雙向傳播，用雙反射鏡雙通道同角度掃描的原理實(shí)現(xiàn)激光通信終端的相互遠(yuǎn)場運(yùn)動，并采用多級級聯(lián)的中心采樣4-f光學(xué)成像放大系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無附加二次項(xiàng)相位因子的遠(yuǎn)場模擬。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下 一種衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括第一被測激光通信終端和第二被測激光通信終端，第一被測激光通信終端發(fā)射波長為λ1的激光光束先經(jīng)過第一傅立葉透鏡，透過第一波分透反鏡，由第一反射鏡反射后，通過第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)，由掃描雙面反射鏡的第一反射面反射，第二反射鏡反射，進(jìn)入第一發(fā)射目鏡，由第二波分透反鏡反射后的光束再通過第二傅立葉透鏡抵達(dá)第二被測激光通信終端； 第二被測激光通信終端發(fā)射激光波長為λ2的光束先通過第二傅立葉透鏡，透過第二波分透反鏡，由第三反射鏡反射后，通過第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)，再由掃描雙面反射鏡的第二反射面反射，經(jīng)第四反射鏡反射，進(jìn)入第二發(fā)射目鏡，由第一波分透反鏡反射后的光束，再通過第一傅立葉透鏡抵達(dá)第一被測激光通信終端； 所述的第一波分透反鏡對波長為λ1的激光高透，對波長為λ2的激光高反；所述的第二波分透反鏡對波長為λ1的激光高反，對波長為λ2的激光高透； 所述的第一波分透反鏡放在第一傅立葉透鏡之前，相應(yīng)的第二波分透反鏡放在第二傅立葉透鏡之后； 所述的第一反射鏡和第二反射鏡對于λ1光束高反，第三反射鏡和第四反射鏡對于波長λ2的光束高反； 所述的掃描雙面反射鏡的第一反射鏡面對于λ1光束高反，第二反射鏡面對于λ2光束高反； 所述的第一傅立葉透鏡的后焦面位于第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)的入瞳面上，第二傅立葉透鏡的后焦面位于第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)的入瞳面上； 所述的第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)和第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)是由N級的雙透鏡組構(gòu)成的中心采樣4-f光學(xué)成像放大器級聯(lián)組成，放大倍率M＝M1×M2…×MN，其中M1、M2，…MN分別為第一級、第二級…第N級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的放大倍率，滿足fN1和fN2分別為第N級光學(xué)放大器的目鏡和物鏡的焦距；第N-1級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的出瞳面與第N級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的入瞳面重合，在每一級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的入瞳面上均放置適合大小的小孔光闌起濾波作用，以防止雜散光的干擾；所述的第N級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的目鏡和物鏡的口徑dN1和dN2以及相應(yīng)入瞳面的小孔光闌口徑ΦN滿足dN1≈dN2，dN1＞ΦN，N≥2。
所述的第一發(fā)射目鏡和第二傅立葉透鏡組成第一發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，第二傅立葉透鏡為第一發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的發(fā)射主鏡；所述的第二發(fā)射目鏡和第一傅立葉透鏡組成第二發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，第一傅立葉透鏡為第二發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的發(fā)射主鏡； 所述的掃描雙面反射鏡可以位于第一發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的入瞳面處，也可以位于第一發(fā)射目鏡與第二傅立葉透鏡間的焦點(diǎn)之前或之后一段距離； 所述的掃描雙面反射鏡可以位于第二發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的入瞳面處，也可以位于第二發(fā)射目鏡與第一傅立葉透鏡間的焦點(diǎn)之前或之后一段距離。
所述的掃描雙面反射鏡可繞正交兩個轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，雙面高反，可采用二維電動的精密調(diào)整架，也可采用電機(jī)或其他驅(qū)動器驅(qū)動撥桿旋轉(zhuǎn)雙面反射鏡以實(shí)現(xiàn)二維的角度偏轉(zhuǎn)。
所述的掃描雙面反射鏡同時位于第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)的像面上和第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)的像面上且lA＝fA，l1＝fM1、lB＝fB和l2＝fM2，其中 fA為第一傅立葉透鏡的焦距，fB為第二傅立葉透鏡的焦距， l1為掃描雙面反射鏡與第一發(fā)射目鏡的距離， l2為掃描雙面反射鏡與第二發(fā)射目鏡的距離， fM1為第一發(fā)射目鏡的焦距，fM2為第二發(fā)射目鏡的焦距， lB為第二被測激光通信終端發(fā)射口徑與第二傅立葉透鏡的距離， lA為第一被測激光通信終端發(fā)射口徑與第一傅立葉透鏡的距離。
本發(fā)明的技術(shù)效果 本發(fā)明衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，利用光學(xué)傅立葉變換和級聯(lián)中心采樣4-f光學(xué)成像放大器實(shí)現(xiàn)了光束的遠(yuǎn)距離傳輸模擬，在空間頻譜面采用雙面反射鏡進(jìn)行雙通道同角度掃描實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星終端的軌道平移相對運(yùn)動的模擬，可以在實(shí)驗(yàn)室有限的空間內(nèi)保證兩個衛(wèi)星激光通信終端都一定處于對方的光學(xué)遠(yuǎn)場區(qū)域并產(chǎn)生相互的平動，以模擬衛(wèi)星的相互運(yùn)動。本發(fā)明可應(yīng)用于衛(wèi)星激光通信終端的光學(xué)瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤及通信性能的實(shí)驗(yàn)室檢測，對于空間激光通信終端的研制和發(fā)展具有很大的應(yīng)用價值。



圖1為本發(fā)明衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置實(shí)施例的光路示意圖。
圖2為本發(fā)明的單級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.1-第一被測激光通信終端，1.2-第一傅立葉透鏡，1.3-第一波分透反鏡，1.4-第一反射鏡，1.5-第一4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)，1.6-掃描雙面反射鏡，1.7-第二反射鏡，1.8-第一發(fā)射目鏡，1.9-第二波分透反鏡，1.10-傅立葉透鏡，1.11-第二被測激光通信終端，1.12-第三反射鏡，1.13-第二4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)，1.14-第四反射鏡，1.15-第二發(fā)射目鏡。2.1-小孔光闌/入瞳面，2.2-目鏡，2.3-物鏡，2.4出瞳面。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置的實(shí)施例光路示意圖。由圖可見，本發(fā)明衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，構(gòu)成包括第一被測激光通信終端1.1和第二被測激光通信終端1.11，所述的第一被測激光通信終端1.1發(fā)射波長為λ1的激光光束先經(jīng)過第一傅立葉透鏡1.2，透過第一波分透反鏡1.3，由第一反射鏡1.4反射后，通過第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.5，由掃描雙面反射鏡1.6的第一反射鏡面反射、第二反射鏡1.7反射，進(jìn)入第一發(fā)射目鏡1.8，由第二波分透反鏡1.9反射后的光束再通過第二傅立葉透鏡1.10抵達(dá)第二被測激光通信終端1.11； 所述的第二被測激光通信終端1.11發(fā)射激光波長為λ2的光束先通過第二傅立葉透鏡1.10，透過第二波分透反鏡1.9，由第三反射鏡1.12反射后，通過第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.13，再由所述的掃描雙面反射鏡1.6的第二反射面反射，經(jīng)第四反射鏡1.14反射，進(jìn)入第二發(fā)射目鏡1.15，由第一波分透反鏡1.3反射后的光束，再通過第一傅立葉透鏡1.2抵達(dá)第一被測激光通信終端1.1；所述的第一波分透反鏡1.3對波長為λ1的激光高透，對波長為λ2的激光高反；所述的第二波分透反鏡1.9對波長為λ1的激光高反，對波長為λ2的激光高透；所述的第一反射鏡1.4和第二反射鏡1.7對于波長λ1光束高反，第三反射鏡1.12和第四反射鏡1.14對于波長λ2的光束高反；所述的掃描雙面反射鏡1.6的第一反射鏡面對于波長λ1光束高反，第二反射鏡面對于波長λ2光束高反；所述的第一傅立葉透鏡1.2的后焦面位于第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.5的入瞳面上，第二傅立葉透鏡1.10的后焦面位于第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.13的入瞳面上。
第一被測激光通信終端1.1發(fā)射的激光光束先通過第一傅立葉透鏡1.2，透過第一波分透反鏡1.3，由第一反射鏡1.4反射，通過第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.5后，由掃描雙面反射鏡1.6的第一反射面反射，經(jīng)第二反射鏡1.7反射，進(jìn)入第一發(fā)射目鏡1.8，由第二波分透反鏡1.9反射后的光束再通過第二傅立葉透鏡1.10抵達(dá)第二被測激光通信終端1.11，其光束傳輸遵循的坐標(biāo)系如圖1中的1A所示； 第二被測激光通信終端1.11發(fā)射的激光光束先通過第二傅立葉透鏡1.10，再透過第二波分透反鏡1.9，經(jīng)第三反射鏡1.12反射，通過第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.13，由掃描雙面反射鏡1.6的第二反射面反射，經(jīng)第四反射鏡1.14反射，進(jìn)入第二發(fā)射目鏡1.15，由第一波分透反鏡1.3反射后的光束再通過第一傅立葉透鏡1.2抵達(dá)第一被測激光通信終端1.1，其光束傳輸遵循的坐標(biāo)系如圖1中的1B所示。
圖2為本發(fā)明的單級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器結(jié)構(gòu)示意圖。它由兩個焦距為f1和f2單透鏡組成，f1透鏡的后焦面和f2透鏡的前焦面重合，放大倍數(shù)該系統(tǒng)的入瞳面2.1和出瞳面2.2為共軛面，在入瞳面上放置孔徑函數(shù)為p(x，y)的小孔光闌起濾波作用，以防止雜散光的干擾。假設(shè)入瞳面的光場表示為ei(x，y)，則經(jīng)過中心采樣4-f光學(xué)成像放大器后，在出瞳面上的輸出光場為 目鏡和物鏡的口徑d1和d2以及相應(yīng)入瞳面的小孔光闌口徑Φ滿足 d1≈d2，d1＞Φ。
中心采樣4-f光學(xué)成像放大器不僅對輸入光場有放大作用，而且不產(chǎn)生額外的相位二次項(xiàng)，在入瞳面放置小孔光闌可對光場進(jìn)行中心采樣，以防止雜散光的干擾。
假設(shè)第一被測激光通信終端發(fā)射的光場為eA0(x，y)，在空間實(shí)際條件下，光場傳輸幾千至幾萬公里后，其接收端的光場分布是發(fā)射端的夫瑯和費(fèi)衍射 其中 為eA0(x，y)的傅立葉變換。
在自由空間遠(yuǎn)距離傳輸時發(fā)射光斑很大(數(shù)十至數(shù)百米)，而第二被測激光通信終端的接收口徑一般為數(shù)百毫米，只能接收很小一部分的遠(yuǎn)場光斑，因此可取則Kz為常數(shù)。
在本發(fā)明中，第一被測激光通信終端1.1發(fā)射的激光光束eA0(x，y)首先通過第一傅立葉透鏡1.2進(jìn)行傅立葉遠(yuǎn)場變換，第一傅立葉透鏡1.2的焦距fA，第一被測激光通信終端1.1的發(fā)射口徑與第一傅立葉透鏡的距離為lA。第一傅立葉透鏡1.2的后焦面位于第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.5的入瞳面上，第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.5由多級的雙透鏡4-f光學(xué)成像放大器組成，總放大倍數(shù)為MA1。第一發(fā)射目鏡1.8和第二傅立葉透鏡1.10組成第一發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，放大倍數(shù)為MA2。掃描雙面反射鏡1.6位于第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.5的像面上，與焦距為fM1第一發(fā)射目鏡1.8的距離為l1。第二傅立葉透鏡1.10的焦距fB，第二被測激光通信終端1.11發(fā)射口徑與第二傅立葉透鏡1.10的距離為lB。
第一被測激光終端1.1的發(fā)射光場eA0(x，y)，通過第一傅立葉透鏡1.2進(jìn)行傅立葉遠(yuǎn)場變換，該第一傅立葉透鏡1.2后焦面上的光場分布為 其中將此傅立葉遠(yuǎn)場波面經(jīng)過第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.5放大MA1倍后，掃描雙面反射鏡1.6的轉(zhuǎn)動角度為θ，則在距離第二傅立葉透鏡1.10距離為lB處產(chǎn)生的第一被測激光通信終端1.1發(fā)射的激光光束放大的和線性相位移的光學(xué)傅立葉變換光場 其中MA＝MA1MA2，

表示卷積運(yùn)算。
在lA＝fA，l1＝fM1和lB＝fB時，(3)式中的相位二次項(xiàng)因子將不存在，簡化為 從(1)式和(4)式對比可以看出，令空間真實(shí)傳輸距離z＝fAMA時，UA(x，y)＝UA→B(x，y)。因此，在實(shí)驗(yàn)室條件下可以實(shí)現(xiàn)光束從近場分布到遠(yuǎn)場分布的變換，能夠模擬衛(wèi)星的遠(yuǎn)場遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M。
光場UA→B(x，y)被第二被測激光通信終端1.11的主鏡收集，在該主鏡的焦面上產(chǎn)生該光場的光學(xué)傅立葉變換。設(shè)激光通信終端主鏡的焦距為fr2，其孔徑函數(shù)和傅立葉變換分別為ar2(x，y)和接收終端口徑相對于發(fā)射光斑很小，于是第二被測激光通信終端1.11的主鏡焦平面上的光場分布為 可見，這時第二被測激光通信終端1.11處于第一被測激光通信終端1.1的遠(yuǎn)場區(qū)域，掃描雙面反射鏡1.6的偏轉(zhuǎn)將導(dǎo)致接收光斑的移動。
第二被測激光通信終端1.11發(fā)射口徑上的激光光束eB0(x，y)首先通過第二傅立葉透鏡1.10進(jìn)行傅立葉遠(yuǎn)場變換；第二傅立葉透鏡1.10的焦面位于第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.13的入瞳面上，第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.13由多級的雙透鏡4-f光學(xué)成像放大器組成，總放大倍數(shù)為MB1。第二發(fā)射目鏡1.15和第一傅立葉透鏡1.2組成第二發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，放大倍數(shù)為MB2。掃描雙面反射鏡1.6位于第二4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.13的像面上，與焦距為fM2的第二發(fā)射目鏡1.15的距離為l2。
第二被測激光通信終端1.11發(fā)射的光場eB0(x，y)在宇宙空間傳輸幾千至幾萬公里后，其接收端的光場分布是發(fā)射端的夫瑯和費(fèi)衍射 其中 為eB0(x，y)的傅立葉變換。
在自由空間實(shí)際遠(yuǎn)距離傳輸條件下發(fā)射光斑很大(數(shù)十至數(shù)百米)，而第一被測激光通信終端的接收口徑一般為數(shù)百毫米，只能接收很小一部分的遠(yuǎn)場光斑，因此可取則Kz為常數(shù)。
在本發(fā)明中第二被測激光終端1.11的發(fā)射光場eB0(x，y)，先通過第二傅立葉透鏡1.10進(jìn)行傅立葉遠(yuǎn)場變換，其透鏡后焦面上的光場分布為 其中將此傅立葉遠(yuǎn)場波面經(jīng)過第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.13放大MB1倍后，掃描雙面反射鏡1.6的轉(zhuǎn)動角度為θ，則在距離第一傅立葉透鏡1.2距離為lA處產(chǎn)生的第二被測激光通信終端1.11發(fā)射的激光光束放大的和線性相位移的光學(xué)傅立葉變換光場 其中MB＝MB1MB2，

表示卷積運(yùn)算。
在lA＝fA，l2＝fM2和lB＝fB時，(8)式中的相位二次項(xiàng)因子將不存在，可簡化為 從式(6)和式(9)對比可以看出，令空間真實(shí)傳輸距離z＝fBMB時，UB(x，y)＝UB→A(x，y)。因此，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)光束從近場分布到遠(yuǎn)場分布的變換，能夠模擬衛(wèi)星的遠(yuǎn)場遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M。
光場UB→A(x，y)被第一被測激光通信終端1.1的主鏡收集，在該主鏡的焦面上產(chǎn)生該光場的光學(xué)傅立葉變換。設(shè)激光通信終端主鏡的焦距fr1，其孔徑函數(shù)和傅立葉變換分別為ar1(x，y)和接收終端口徑相對于發(fā)射光斑很小，于是，第一被測激光通信終端1.1的主鏡焦平面上的光場分布為 可見，這時第一被測激光通信終端1.1處于第二被測激光通信終端1.11的遠(yuǎn)場區(qū)域，掃描雙面反射鏡1.6的偏轉(zhuǎn)將導(dǎo)致接收光斑的移動。
掃描雙面反射鏡1.6的偏轉(zhuǎn)將同時產(chǎn)生第一被測激光通信終端1.1的接收光斑的移動和第二被測激光通信終端1.11的接收光斑的移動，即可以模擬兩個激光通信終端之間的相對運(yùn)動。
下面是本發(fā)明裝置一個具體實(shí)施例的參數(shù) 假設(shè)激光通信鏈路是高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星之間，星間距離為45000km，第一被測激光通信終端和第二被測激光通信終端的口徑都為Φ250mm，主鏡焦距都為1m，激光發(fā)散度為20μrad，跟瞄精度為1μrad，檢測驗(yàn)證的掃描角度為2°。
考慮雙向光路的對稱結(jié)構(gòu)，第一傅立葉透鏡1.2和第二傅立葉透鏡1.10的設(shè)計完全相同，口徑相同都為Φ600mm，遠(yuǎn)大于激光通信終端的口徑，焦距相同(fA＝fB＝10m)；第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.5和第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)1.13都為三級結(jié)構(gòu)相同的雙透鏡4-f光學(xué)成像放大器級聯(lián)組成的，放大倍數(shù)和結(jié)構(gòu)完全相同(MA1＝MB1＝100×100×90)。第一級中心采樣4-f光學(xué)成像放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)為100倍，目鏡口徑為Φ30mm，焦距為90mm，相對口徑為

物鏡口徑為Φ30mm，焦距為9m，小孔光闌尺寸取為0.3mm；第二級中心采樣4-f光學(xué)成像放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)為100倍，目鏡口徑為Φ30mm，焦距為90mm，物鏡口徑為Φ30mm，焦距為9m，小孔光闌尺寸取為3mm；第三級中心采樣4-f光學(xué)成像放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)為90倍，目鏡口徑為Φ30mm，焦距為90mm，物鏡口徑為Φ30mm，焦距為8.1m，小孔光闌尺寸取為5mm。
第一發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)和第二發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)都為雙透鏡組成的光學(xué)成像放大系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)完全相同(MA2＝MB2＝5)，第一發(fā)射目鏡1.8和第二發(fā)射目鏡1.15的口徑都為Φ300mm，焦距都為2m。
第一反射鏡1.4和第三反射鏡1.12的口徑都為Φ200mm；第二反射鏡1.7和第四反射鏡1.14的口徑都為Φ400mm；第一波分透反鏡1.3和第二波分透反鏡1.9口徑都為Φ300mm；掃描雙面反射鏡1.6兩面通光，口徑為Φ200mm，偏轉(zhuǎn)角度2θ＝MA2×2°＝10°。
經(jīng)試驗(yàn)表明，本發(fā)明裝置可以在實(shí)驗(yàn)室有限的空間內(nèi)保證兩個衛(wèi)星激光通信終端都一定處于對方的光學(xué)遠(yuǎn)場區(qū)域并產(chǎn)生相互的平動，以模擬衛(wèi)星的相互運(yùn)動。本發(fā)明可應(yīng)用于衛(wèi)星激光通信終端的光學(xué)捕獲跟瞄性能和通信性能的實(shí)驗(yàn)室檢測，對于空間激光通信終端的研制和發(fā)展具有很大的應(yīng)用價值。
權(quán)利要求
1、一種衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，特征在于其構(gòu)成包括第一被測激光通信終端(1.1)和第二被測激光通信終端(1.11)，第一被測激光通信終端(1.1)發(fā)射波長為λ1的激光光束先經(jīng)過第一傅立葉透鏡(1.2)，透過第一波分透反鏡(1.3)，由第一反射鏡(1.4)反射后，通過第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)(1.5)，由掃描雙面反射鏡(1.6)的第一反射面反射、第二反射鏡(1.7)反射，進(jìn)入第一發(fā)射目鏡(1.8)，由第二波分透反鏡(1.9)反射后的光束再通過第二傅立葉透鏡(1.10)抵達(dá)第二被測激光通信終端(1.11)；
第二被測激光通信終端(1.11)發(fā)射激光波長為λ2的光束先通過第二傅立葉透鏡(1.10)，透過第二波分透反鏡(1.9)，由第三反射鏡(1.12)反射后，通過第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)(1.13)，再由所述的掃描雙面反射鏡(1.6)的第二反射面反射，經(jīng)第四反射鏡(1.14)反射，進(jìn)入第二發(fā)射目鏡(1.15)，由第一波分透反鏡(1.3反射后的光束，再通過第一傅立葉透鏡(1.2)抵達(dá)第一被測激光通信終端(1.1)；
所述的第一波分透反鏡(1.3)對波長為λ1的激光高透，對波長為λ2的激光高反；所述的第二波分透反鏡(1.9)對波長為λ1的激光高反，對波長為λ2的激光高透；
所述的第一反射鏡(1.4)和第二反射鏡(1.7)對于波長λ1光束高反，第三反射鏡(1.12)和第四反射鏡(1.14)對于波長λ2的光束高反；
所述的掃描雙面反射鏡(1.6)的第一反射鏡面對于波長λ1光束高反，第二反射鏡面對于波長λ2光束高反；
所述的第一傅立葉透鏡(1.2)的后焦面位于第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)(1.5)的入瞳面上，第二傅立葉透鏡(1.10)的后焦面位于第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)(1.13)的入瞳面上。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，其特征在于所述的第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)(1.5)和第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)(1.13)是由N級的雙透鏡組構(gòu)成的中心采樣4-f光學(xué)成像放大器級聯(lián)組成，放大倍率M＝M1×M2…×MN，其中N≥2，M1、M2、…、Mi、…MN分別為第一級、第二級…第N級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的放大倍率，滿足fi1和fi2分別為第i級光學(xué)放大器的目鏡和物鏡的焦距，i＝1、2、3…N；第i-1級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的出瞳面與第i級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的入瞳面重合，在每一級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的入瞳面上均放置小孔光闌；所述的第N級中心采樣4-f光學(xué)成像放大器的目鏡和物鏡的口徑dN1和dN2以及相應(yīng)入瞳面的小孔光闌口徑ФN滿足dN1≈dN2，dN1＞ФN。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，其特征在于所述的第一波分透反鏡放在第一傅立葉透鏡之前，相應(yīng)的第二波分透反鏡放在第二傅立葉透鏡之后。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，其特征在于所述的第一發(fā)射目鏡和第二傅立葉透鏡組成第一發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，第二傅立葉透鏡為第一發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的發(fā)射主鏡；所述的第二發(fā)射目鏡和第一傅立葉透鏡組成第二發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，第一傅立葉透鏡為第二發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的發(fā)射主鏡。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，其特征在于所述的掃描雙面反射鏡位于第一發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的入瞳面處，或位于第一發(fā)射目鏡與第二傅立葉透鏡間的焦點(diǎn)之前或之后一段距離；所述的掃描雙面反射鏡位于第二發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的入瞳面處，或位于第二發(fā)射目鏡與第一傅立葉透鏡間的焦點(diǎn)之前或之后一段距離。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，其特征在于所述的掃描雙面反射鏡具有繞兩個正交轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)為二維電動的精密調(diào)整架，或電機(jī)或其他驅(qū)動器驅(qū)動撥桿旋轉(zhuǎn)雙面反射鏡的機(jī)構(gòu)。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，其特征在于所述的掃描雙面反射鏡(1.6)同時位于第一中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)(1.5)的像面上和第二中心采樣4-f光學(xué)成像放大器系統(tǒng)(1.13)的像面上且lA＝fA，l1＝fM1、lB＝fB和l2＝fM2，其中
fA為第一傅立葉透鏡(1.2)的焦距，fB為第二傅立葉透鏡(1.10)的焦距，
l1為掃描雙面反射鏡(1.6)與第一發(fā)射目鏡(1.8)的距離，
l2為掃描雙面反射鏡(1.6)與第二發(fā)射目鏡(1.15)的距離，
fM1為第一發(fā)射目鏡(1.8)的焦距，fM2為第二發(fā)射目鏡(1.15)的焦距，
lB為第二被測激光通信終端(1.11)發(fā)射口徑與第二傅立葉透鏡(1.10)的距離，
lA為第一被測激光通信終端(1.1)發(fā)射口徑與第一傅立葉透鏡(1.2)的距離。
全文摘要
一種衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離傳輸模擬與地面檢測裝置，該裝置利用空間雙通道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光束的獨(dú)立的正逆向雙向傳播。采用長焦距傅立葉透鏡實(shí)現(xiàn)光學(xué)傅立葉遠(yuǎn)場變換，采用多級級聯(lián)的中心采樣4-f光學(xué)成像放大器模擬光場遠(yuǎn)距離傳輸，并采用掃描雙面反射鏡實(shí)現(xiàn)光路中雙通道同角度反向掃描的原理模擬衛(wèi)星之間相對運(yùn)動。本發(fā)明可在實(shí)驗(yàn)室空間尺度下實(shí)現(xiàn)光束從近場分布到遠(yuǎn)場分布的轉(zhuǎn)換，能夠同時模擬兩個被測激光通信終端的相互遠(yuǎn)場運(yùn)動。主要用于兩個衛(wèi)星激光通信終端的雙向瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤及通信性能的地面檢測與驗(yàn)證。
文檔編號G02B13/00GK101309112SQ20081004021
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者閆愛民, 王利娟, 孫建鋒, 劉立人 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所