空间激光通信离轴两镜反射望远镜自由曲面光学天线设计

同轴两反结构作为空间激光通信光学天线时常存在接收视场小、发射效率低等缺点。同时,因中心遮拦造成的能量损失,也会大大降低通信系统的瞄准和捕获概率。针对此缺陷,提出采用离轴两反天线结构并引入自由曲面设计以提高通信系统的性能。由初级像差理论推导得出离轴两反系统的初始结构,并采用Zernike多项式自由曲面面形,增加系统设计自由度,提高系统平衡像差的能力。给出入瞳口径与焦距相同的同轴两反和离轴两反系统的设计实例,并比较二者的光学传递函数MTF、点列图、衍射包围圆能量、波前误差等。结果表明:离轴两反自由曲面天线的像质明显优于同轴两反天线,因而该种天线结构的使用可提升空间激光通信系统的整体性能。     

空间光到单模多芯光纤耦合效率分析及影响因素研究

为了降低空间激光通信系统中空间光到单模光纤的对准难度,采用单模多芯光纤对信号光进行接收。以单模七芯光纤为例,建立了空间光耦合到单模多芯光纤的数学模型,分析了数值孔径对不同纤芯排列的七芯光纤耦合效率影响,结果表明：随着数值孔径的增加,七芯光纤的耦合效率先增加、后减小;纤芯呈正六边形排列较纤芯呈直线形排列的耦合效率高。比较了存在倾斜、离焦、随机角抖动情况下空间光到单模七芯和单模单芯光纤的耦合效率,结果发现：光纤发生横向偏移时,七芯光纤耦合效率呈周期性变化,当横向偏移量分别取值10 μm,15 μm和17 μm时,多芯光纤平均耦合效率比相同纤芯面积的单芯光纤分别高出14.4%,39.6%,36.9%;当光纤轴向偏移0.1 mm时,七芯光纤的耦合效率比相同纤芯面积的单芯光纤耦合效率高约12.9%;当光纤随机抖动的幅度标准差为6 μm时,七芯光纤的耦合效率比相同纤芯面积的单芯光纤耦合效率高约7%. 由此可知,单模多芯光纤对倾斜、离焦和随机角抖动都有很好的抑制作用。