本發明涉及一種基于非球面整形器的高效空間光至單模光纖耦合系統，屬于空間激光通信技術領域。

背景技術：

空間激光通信是指利用激光束作為載波在空間(陸地或外太空)直接進行數據、語音、圖像信息傳送的一種技術，具有發射光束窄、信息容量大、發射裝置體積小、功耗低、保密性強、抗電磁干擾、無需申請頻率使用許可，對人體無影響等諸多優點。為提高衛星光通信系統通信速率和探測靈敏度，采用地面光纖通信成熟的光放大器和波分復用技術是未來自由空間光通信系統設計的重要方向。在這些系統中，將空間光耦合至單模光纖是首要解決的問題。空間激光通信信號光經過幾千公里傳輸后，通信接收端接收的信號光為光強均勻分布的平面波，由于信號光聚焦光場與單模光纖模場分布不一致，導致理想情況下空間光至單模光纖最大耦合效率僅為81％。目前未見有專利涉及到提高空間光-單模光纖的最大耦合效率的系統與方法，僅有美國O.Guyon提出采用相變幅度切趾技術來提高望遠鏡與單模光纖的耦合效率(參考文獻：O.Guyon.Phase-induced amplitude apodization of telescope pupils for extrasolar terrestrial planet imaging[J].Astronomy&Astrophysics,2003,404,379-387),但這種方法存在反射鏡加工、裝調困難、系統通用性不高的問題。

因此，如何在不增加耦合系統加工、裝調難度，且耦合系統通用性好、耦合效率高成為該領域的研究熱點，本發明則是一種基于非球面整形器的高效空間光至單模光纖耦合系統。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于非球面整形器的高效空間光至單模光纖耦合系統，解決空間激光通信系統由于信號光聚焦光斑光強分布與單模光纖模場分布不一致，導致空間光至單模光纖最大耦合效率僅能達到81％的問題。

本發明所采用的技術方案是包括第一非球面整形鏡(1)、第二非球面整形鏡(2)、耦合鏡(3)、單模光纖(4)；經自由空間傳輸的信號光依次經過第一非球面整形鏡(1)、第二非球面整形鏡(2)、耦合鏡(3)后耦合進單模光纖(4)中。其中：

1.所述的第一非球面整形鏡(1)為凸非球面，第二非球面整形鏡(2)為凹非球面；

2.光強均勻分布的平行光束經過第一非球面整形鏡(1)和第二非球面整形鏡(2)后仍為平行光束，但其光強分布為高斯分布；

3.單模光纖(4)的纖芯模場分布為高斯分布；

有益效果

本發明的有益效果是提高了的空間光至單模光纖最大耦合效率

附圖說明

圖1為一種基于非球面整形器的高效空間光至單模光纖耦合系統。此圖也是說明書摘要附圖。其中，1為第一非球面整形鏡、2為第二非球面整形鏡、3為耦合鏡、4為單模光纖；

圖2為非球面整形器工作示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

如圖1所示，本發明系統包括包括第一非球面整形鏡1、第二非球面整形鏡2、耦合鏡3、單模光纖4；經自由空間傳輸的信號光依次經過第一非球面整形鏡1、第二非球面整形鏡2、耦合鏡3后耦合進單模光纖4中，其中：

1.第一非球面整形鏡1口徑為12mm，材料為BK7，按光線傳播方向上的第一表面為平面，第二表面為凸面，為非球面，非球面系數a2＝0.02175，a4＝-0.00001262,a6＝-0.000001208,a8＝4.866E-008,a10＝-7.821E-10；第二表面頂點距第二非球面第一表面定點距離為40mm；

2.第二非球面整形鏡2口徑為4mm，材料為BK7，按光線傳播方向上的第一表面為凹面，為非球面，非球面系數a2＝0.1858，a4＝-0.06069,a6＝0.02407,a8＝-0.01027,a10＝0.00417,a12＝-0.001311,a14＝0.0002577,a16＝-0.00002282,頂點曲率半徑為6.39574mm；第二表面為平面，其曲率半徑為無窮大，第二表面頂點距耦合鏡第一表面頂點距離為10mm；

3.耦合鏡3口徑為3mm，材料為BK7，按光線傳播方向上的第一表面為凸面，其曲率半徑為6.39574mm，第二表面為凸面，曲率半徑為34.531mm；第二表面頂點距單模光纖端面距離為9.575mm；

按此方式實施，可實現光束口徑12mm的平頂光束與單模光纖的高效耦合，理論上最大耦合效率可達到100％。