卡塞格伦光学天线光传输特性研究

对卡塞格伦光学天线光传输特性进行了理论分析,重点研究了影响光学天线光传输质量的几个重要因素,并进行了测试结果与仿真验证。为实际研究大气激光通信系统中光学天线的光传输特性提供了理论依据,具有重要的实用价值。     

基于空间光通信卡塞格伦天线弊端的探讨

对于任何通信系统而言，天线能否正确发射和接收有效信号是人们最为关心的问题。对于点对点的激光通信系统而言，由于激光与电波迥然不同的特点，在天线系统的设计上更需严格要求。在空间光通信系统中，光学天线是一个物镜系统，通过折射、反射和折射一反射光学系统实现，目前应用比较广泛的是牛顿系统、格林系统以及卡塞格伦系统。讨论了卡塞格伦天线系统．该系统的结构（双反射式）决定了存在遮挡比造成光能量浪费的潜在问题，也就是所谓的渐晕现象。另一个问题是像差，也就是卡塞格伦天线系统要获得良好的像质必须以牺牲视场为代价。基于这两点提出了减小渐晕的几种新方案，并从减小像差上进行了理论分析。     

卡塞格伦天线光传输特性研究

本文对卡塞格伦光学天线系统的传输理论进行了分析,在此基础上对卡塞格伦光学天线的传输特性进行了仿真实验分析,通过实验发现偏轴将直接影响卡塞格伦天线的传输效率和藕合效率,期望本文的研究能够为卡塞格伦光学天线特性问题的研究提供可行的思路和方法。     

卡塞格伦光学天线系统的光传输特性分析

对激光束经卡塞格伦光学天线系统后光传输特性进行了理论分析和仿真,研究了影响它的一些因素。建立了卡塞格伦光学天线系统的测试平台,对天线的偏轴、热变形和像差等因素对天线的传输效率的影响进行了实验测试,并提出了改进措施。     

卡塞格伦镜头的猫眼效应激光反射特性

卡塞格伦(Cassegrain)及类卡塞格伦式光学镜头在光电装备中应用广泛.为了研究具备卡塞格伦式光学镜头的光电装备所特有的猫眼效应特性,采用ZEMAX光学设计分析软件建立了卡塞格伦镜头反射模型,利用物理光学传输方法仿真分析了其猫眼效应反射特性,并得出了猫眼效应可探测入射角范围.对一特定卡塞格伦镜头进行了激光辐照实验,得到了猫眼效应反射光斑图像,测试了猫眼效应绝对反射率以及反射光发散角.结果表明,当发射系统位于该卡塞格伦镜头的视场内时,可以探测到猫眼效应反射光,中心遮挡造成原路返回处光强分布中心能量降低,猫眼效应绝对反射率为11.48%,反射光发散角为3.3 mrad,按照假设条件可以满足30 km内激光主动探测的需要.     

湍流大气中激光束经卡塞格伦天线后的传输

将卡塞格伦天线系统等效为一个环形光阑和括束器的组合,通过将环形光阑展开为复高斯函数的叠加,并利用广义的惠更斯-菲涅尔积分公式得到了准直的光束经卡塞格伦天线系统后衍射场的强度解析表达式。研究了湍流大气中光束经卡塞格伦天线衍射的传输特性及光强分布随折射率结构常数和天线遮挡比的影响。该研究工作将对大气激光通信中的端机性能的评估具有一定的意义。     

卡塞格伦光学接收天线的设计

自由空间光通信是一种通过在自由空间传输激光信号来实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术。光学接收天线是自由空间光通信系统的关键部件。丈中分析了卡塞格伦系统作为自由空间光通信系统中光学接收天线的可行性,讨论了其设计参数间的相互关系,并在数值计算的基础上给出一个具体的设计方案。     

高增益低副瓣卡塞格伦天线设计

由于卡塞格伦天线具有优良的电气和简单的结构特性,因此被广泛应用于雷达、通信、气象、遥感遥测等领域,但是由于天线副面的阻挡影响,卡塞格伦天线要实现较低的第一副瓣电平非常困难.针对限制卡塞格伦天线实现低副瓣电平的各方面因素,通过合理选择天线结构参数,精心设计高性能、高效率的双模照射馈源,在Ka频段实现了高增益、低副瓣卡塞格伦天线,完成了天线波瓣的远场测试,并给出了相应的测试结果.     

大功率半导体激光束非球面准直系统的优化设计

为实现空间激光束的远距离传输,利用矢量折射定理研究了大功率半导体激光器发散光束经非球面、非轴对称准直系统的光传输特性。对空间光线传输得出了矩阵传递公式,并针对大功率线源半导体激光器的发散光束进行了高精度的准直优化设计。为实现对激光束的进一步准直,利用光学设计软件CODE-V设计了卡塞格伦光学天线。利用两点法对发散角进行了实验测试,结果表明优化设计的准直系统发散角为1.924 mrad,经光学天线进一步准直后的发散角为96.2μrad。本空间光线追迹方法对复杂光学系统的精确计算具有一定参考意义,所设计的大功率线源激光束准直系统能广泛应用于远距离激光通信系统中。     

双馈源偏置卡塞格伦天线研究

文章根据偏置卡塞格伦天线设计原理,通过双馈源、副反射面的正反面将两种不同结构的偏置卡塞格伦天线结合在一起,研究出一种双馈源-单副反射面-双主反射面的新型偏置卡塞格伦天线。该天线充分利用了偏置双反射面天线的扫描特性好、可避免遮挡效应等优点,在两个不同方向上产生双波束,实现双方向扫描,拓宽了卡塞格伦天线的应用领域。     

激光星间通信中不同光学终端的研究

光学终端在激光星间通信中扮演着重要的角色.研究了单个光学望远镜及光学望远镜阵用作激光星间通信中的光学终端时的系统性能,从电磁辐射入手,分析比较了单个光学望远镜及光学望远镜阵的增益及光学接收终端的方向图与相关参数的关系.仿真不仅论证了激光星间通信需要极精确的指向角度,而且得出结论:使用光学望远镜阵作为激光星间通信系统的光学终端具有更大的优势.     

Optical components and technology in laser space communications systems

Passive linear optical components play a primary role in an optical communications system for use in space applications. The important functions of acquisition, tracking, transmit-beam off-set, and background-noise discrimination may be efficiently implemented using passive optical elements. These specific system functions are discussed with reference to a representative system in order to identify the required features of particular optical components. This is followed by a detailed discussion of the optical components including: a 1/2-Å Fabry-Perot filter; a transfer-lens/optical-image-divider combination capable of 0.1-second of arc tracking accuracy; variable deviation wedges for transmit-beam offset; dichroic beamsplitters for isolation between the transmit and receive beams; and an axicon for redistributing the Gaussian energy profile from a TEM00-mode laser to match the obscured circular aperture of a conventional Cassegrainian telescope.     

离轴天线在卫星激光通信系统中的应用

现有卫星激光通信终端通常采用同轴两反天线结构,该结构存在接收视场小、发射效率低等缺点。为消除同轴两反结构存在的固有缺陷,提高卫星激光通信系统的瞄准和捕获效率,研究了利用离轴三反结构提高卫星激光通信系统的性能。首先根据基本像差理论,推导得到离轴三反光学结构的初始结构方程。利用离轴结构具有更多设计参量的优势,对离轴三反结构进行优化设计,给出了设计实例。计算机仿真得到的光学传递函数、点列图、衍射包围圆能量和波前误差等均表明:离轴三反结构与同轴两反结构相比,具有更加优异的性能,能够满足卫星激光通信系统不断提升的性能要求。     

星间激光链路光源研究

星间光通信要求光源具有输出功率高，调制速率快的特点。目前的星间光通信系统大多采用了半导体激光器。近年高功率光纤激光器得到很快发展，以其优异的性能在很多领域正逐步取代半导体激光器。文章分析了几种激光器的性能，验证了光纤激光器用于星间光通信的可行性。     

自由空间光通信中光电子器件的现状分析

对自由空间光通信中的光电子器件包括激光器、光电探测器、光学滤波器的现状做了系统分析,结果表明:CO2激光器、半导体激光器和LD泵浦的YAG固体激光器成为目前和未来自由空间光通信系统的重要光源;PIN和APD光电二极管成为自由空间光通信系统探测器的最佳选择;干涉滤波器和原子滤波器成为自由空间光通信系统滤光器的发展重点。     

星间激光链路光源探讨

星间光通信要求光源具有输出功率高，调制速率快的特点。目前的星间光通信系统大多采用半导体激光器。近年来，高功率光纤激光器得到快速发展，并以其优异的性能在很多领域正逐步取代半导体激光器。本文着重分析了半导体激光器和光纤激光器的性能，提出了光纤激光器用于星间光通信的可行性。     

Space coherent optical communication systems--An introduction

Critical technology and system issues for space optical heteroydyne communication systems using GaAlAs lasers are discussed. Heterodyne systems offers 10-20 dB better receiver sensitivities and thus smaller telescope sizes for the same laser power than direct detection systems. Based on present state-of-the-art technologies, it is concluded that an efficient optical intersatellite link can be realized with a few years of development.     

四象限光电探测器在激光光学系统中的典型应用分析

分析了四象限光电探测器在激光制导、光镊、扫描探针显微镜和空间光通信等激光光学系统中的典型应用。结果表明,四象限光电探测器应用在激光制导中具有高制导精度的优势;应用在光镊系统和扫描探针显微镜中具有纳米级分辨率：应用在空间光通信中具有较高跟踪和定位精度。     

一种自由空间光通信光路的设计与分析

提出了一种用于自由空间光通信的光学系统的设计方法,在这种设计方法中通过卡塞格伦天线实现对激光束的准直,通过偏振分光镜和γ/2波片的巧妙使用来减少杂散光和反射光对信号光的干扰,通过对光学系统的自动跟踪控制消除了通信终端的失准问题。分析和实验表明,基于该光学系统的通信终端激光发散角达到0.4 mrad,对准误差小于6μrad,可实现2 km的自由空间光通信。     

1000-Mbits/s Intersatellite Laser Communication System Technology

The technology advances made in the development of an engineering feasibility model of a Nd:YAG laser communication system for space test are discussed and details of evaulations presented. The model includes the baseplate, optomechanical structure, 19-cm (7.5-in) diameter telescope and prototype space qualifiable components. The main technological achievements are in the areas of laser and its operation, the modulator and the digital format, and the integration of the various optical components into one optomechanical structure. These as well as other technology advances will be discussed and the system performance capabilities indicated.