一种激光通信终端真空测试系统及其测试方法技术方案

本发明专利技术涉及激光通信终端真空测试系统及其测试方法，包括发散角测试系统、功率测试系统及波相差测试系统；调整激光通信终端，使得激光通信终端指向并对准平行光管；平行光管接收激光通信终端发射的光束，并汇聚成像在发散角测试模块的光电耦合器上；调整激光通信终端，使激光通信终端发射与缩束系统同轴的光束，发射光束经过缩束系统后形成缩束平行光束，缩束平行光束经第一分光镜分光，分别传输至功率计与第二分光镜上，第二分光镜将光束再次进行分光后由第一哈特曼波前传感器与第二哈特曼波前传感器接收。可完成单端激光通信终端的热真空试验，验证真空高低温过程中，激光通信终端的稳定性，是激光通信终端热真空试验过程中必不可少的测试系统。

A vacuum test system for laser communication terminal and its testing method

【技术实现步骤摘要】
一种激光通信终端真空测试系统及其测试方法
本专利技术属于光学检测领域，涉及激光通信终端真空测试系统及其测试方法，尤其涉及一种空间激光通信终端真空条件下发散角、波相差、发射功率等参数的测试系统及其测量方法。
技术介绍
激光通信尤其是空间激光通信与传统微波空间通信的方式相比，具有高速、保密、抗干扰和轻小型等优势。随着空间遥感技术的发展，各类有效载荷将获取大量空间探测数据，这些数据需要实时传送至地面，供相关技术人员分析。目前卫星上常用的微波带宽约为百兆级别，已接近微波通信的理论极限，而实际的光纤激光通信传输速率高达40G/s，目前已经得到了实际应用，利用密集型光波复原技术(DensewavelengthDivisionMultiplexing，DWDM)等光放大技术还可实现更高传输速率，地面上百吉级别光纤激光通信系统都已经商业化，因此采用激光进行通信将会大大减小数据传输压力。随着5.65G/s空间激光通信终端(LaserCommunicationTerminal,LCT)的成功实验，国外的几十吉比特率空间LCT也正处于研究和规划中，这些都充分证明了激光通信实际应用中的优势，所以以激光作为媒质进行通信可以很好的解决通信带宽瓶颈问题。空间激光通信系统作为一种有效载荷，无论是在研制完成后，还是在发射之前，都要对其主要的技术指标进行严格的测试。在热真空环境下，考核空间激光通信系统的关键指标，成为空间激光通信系统环境试验中的重中之重。由于空间激光通信终端信息传输时需要至少台终端方能完成，而双终端对接信息传输测试需要的测试系统非常复杂，在热真空试验中想完成双终端对接测试的难度很大，因此，选择真空条件下对单端空间激光通信终端的关键指标进行测试。单端激光通信终端的关键指标包括波相差、发散角和发射功率，如何在热真空条件下完成上述三项指标的测量，是验证单端激光通信终端热真空稳定性的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光通信终端真空测试系统及其测试方法，实现单端激光通信终端热真空条件下波相差、发散角和发射功率等关键指标的测试。本专利技术的技术解决方案是提供一种激光通信终端真空测试系统，其特殊之处在于：包括发散角测试系统、功率测试系统及波相差测试系统；激光通信终端发射角度能够调节；上述发散角测试系统包括沿激光通信终端一路出射光路依次设置的平行光管1与发散角测试模块2；上述发散角测试模块2包括三维平移台及设置在三维平移台上的光电耦合器；上述激光通信终端发射与平行光管1同轴的光束；上述平行光管1接收激光通信终端发射的光束，并汇聚成像在发散角测试模块2的光电耦合器上；上述激光通信终端与平行光管1位于真空环境中；上述功率测试系统包括沿激光通信终端另一路出射光路依次设置的缩束系统6、第一分光镜8及位于第一分光镜8一路出射光路中的功率计12；上述波相差测试系统包括位于第一分光镜8另一路出射光路中的第二分光镜9及分别位于第二分光镜9出射光路中的第二哈特曼波前传感器11与第一哈特曼波前传感器10；上述激光通信终端发射与缩束系统6同轴的光束，发射光束经过缩束系统6后形成缩束平行光束，缩束平行光束经第一分光镜8分光，分别传输至功率计12与第二分光镜9上，第二分光镜9将光束再次进行分光后由第一哈特曼波前传感器10与第二哈特曼波前传感器11接收。优选地，该测试系统还包括具有光学窗口5的真空罐3上述激光通信终端4位于真空罐3中，激光通信终端的出射光通过光学窗口5入射至缩束系统6；上述平行光管1与真空罐3固连，平行光管1与真空罐3形成密闭的真空空间，该空间内可模拟真空环境。优选地，为了提高发散角的测量精度，上述平行光管1为长焦距离轴抛物面反射式平行光管。一般认为焦距大于10m的平行光管为长焦距平行光管。优选地，上述发散角测试模块2的感光面位于平行光管1的焦面处。优选地，上述发散角测试模块2中的感光器件包括至少一个光谱范围为800nm～1600nm的CCD或CMOS器件；上述发散角测试模块2还包括位于感光器件前端的衰减片组，通过加入不同衰减倍率的衰减片组调整进入感光器件的能量。优选地，上述缩束系统6由沿光路依次设置的离轴抛物面镜和目镜7组成，缩束倍率Γ的计算公式如公式(1)所示；其中：L为激光通信终端4的出瞳直径；a为两个哈特曼波前传感器的靶面的内切圆直径。优选地，上述第一哈特曼波前传感器10与第二哈特曼波前传感器11的特征波长与空间激光通信的特征波长匹配。优选地，上述真空罐3的直径为3m、长为5m，内部真空度可达1×10-6Pa；上述光学窗口5为Φ500mm直径窗口，窗口玻璃的材料为石英或微晶；上述平行光管1为30m焦距、Φ1m口径的离轴抛物面反射式平行光管；上述第一哈特曼波前传感器10的特征波长为808nm、830nm，上述第二哈特曼波前传感器11的特征波长为1541nm、1550nm；缩束系统6的离轴抛物面镜为Φ250mm离轴抛物面镜；上述参数并不仅仅限于所给的数据。优选地，上述功率计12为积分球式功率计12，波长响应范围为800nm～1700nm，动态范围0.01W～10W。本专利技术还提供一种基于上述的一种激光通信终端真空测试系统的激光通信终端真空测试方法，包括以下步骤：步骤一：真空罐与平行光管内部同时抽真空，真空度达到1×10-5Pa以内后，开始激光通信终端性能测试；步骤二：调整激光通信终端，使得激光通信终端指向并对准平行光管；步骤三：选择衰减片组，装入发散角测试模块中，打开激光通信终端发射激光光束；步骤四：发散角测试模块根据所成光斑图像调整曝光时间；步骤五：发散角测试模块连续采集六幅图像，计算不同图像对应的光斑直径Di，根据公式(2)计算焦面处光斑直径单位为mm，根据公式(3)计算不同波长对应的发散角θ，单位为rad；步骤六：调整激光通信终端的角度，使得激光通信终端指向并对准缩束系统；步骤七：选择两组衰减片组，分别装入第一哈特曼波前传感器与第二哈特曼波前传感器前端，打开激光通信终端发射激光光束；步骤八：功率计测量出射功率P2，按照公式(4)计算激光通信终端发射光功率P1；其中，τ1为缩束系统的透过率；τ2为第一分光镜的反射率；步骤九：第一哈特曼波前传感器接收808nm激光，通过调整其姿态得到出射光束波相差，第二哈特曼波前传感器接收1541nm激光，通过调整其姿态得到出射光束波相差。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术可完成单端激光通信终端的热真空试验，验证真空高低温过程中，激光通信终端的稳定性，是激光通信终端热真空试验过程中必不可少的测试系统；2、本专利技术的激光通信终端真空测试系统，使用了两路分光，可使同时获取激光通信终端波相差和发射功率，测试过程稳定、可靠，能极大的提高测试效率，非常适合在工程测试中应用，该系统将测试的模块均置于真空环境之外，方便后续进行其余指标测试的扩张，其被改造功能很强大；3、本专利技术使用长焦距平行光管进行发散角的测量，激光通信终端的发散角在微弧度量级，可以大大提高发散角的测量精度；4、本专利技术使用了缩束系统和分光镜的设计，可以同时测量激光通信终端的两个波长的波相差，可实现激光通信终端波相差和输出功率的同时测量，系统结构稳定、重复性高，满足热真空试验的测试需求。附图说明图1是本专利技术所提供的一种激光通信终端真空测试系统发散角测试模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光通信终端真空测试系统，其特征在于：包括发散角测试系统、功率测试系统及波相差测试系统；激光通信终端发射角度能够调节；所述发散角测试系统包括沿激光通信终端一路出射光路依次设置的平行光管(1)与发散角测试模块(2)；所述发散角测试模块(2)包括三维平移台及设置在三维平移台上的光电耦合器；所述激光通信终端发射与平行光管(1)同轴的光束；所述平行光管(1)接收激光通信终端发射的光束，并汇聚成像在发散角测试模块(2)的光电耦合器上；所述激光通信终端与平行光管(1)位于真空环境中；所述功率测试系统包括沿激光通信终端另一路出射光路依次设置的缩束系统(6)、第一分光镜(8)及位于第一分光镜(8)一路出射光路中的功率计(12)；所述波相差测试系统包括位于第一分光镜(8)另一路出射光路中的第二分光镜(9)及分别位于第二分光镜(9)出射光路中的第二哈特曼波前传感器(11)与第一哈特曼波前传感器(10)；所述激光通信终端发射与缩束系统(6)同轴的光束，发射光束经过缩束系统(6)后形成缩束平行光束，缩束平行光束经第一分光镜(8)分光，分别传输至功率计(12)与第二分光镜(9)上，第二分光镜(9)将光束再次进行分光后由第一哈特曼波前传感器(10)与第二哈特曼波前传感器(11)接收。...

【技术特征摘要】
1.一种激光通信终端真空测试系统，其特征在于：包括发散角测试系统、功率测试系统及波相差测试系统；激光通信终端发射角度能够调节；所述发散角测试系统包括沿激光通信终端一路出射光路依次设置的平行光管(1)与发散角测试模块(2)；所述发散角测试模块(2)包括三维平移台及设置在三维平移台上的光电耦合器；所述激光通信终端发射与平行光管(1)同轴的光束；所述平行光管(1)接收激光通信终端发射的光束，并汇聚成像在发散角测试模块(2)的光电耦合器上；所述激光通信终端与平行光管(1)位于真空环境中；所述功率测试系统包括沿激光通信终端另一路出射光路依次设置的缩束系统(6)、第一分光镜(8)及位于第一分光镜(8)一路出射光路中的功率计(12)；所述波相差测试系统包括位于第一分光镜(8)另一路出射光路中的第二分光镜(9)及分别位于第二分光镜(9)出射光路中的第二哈特曼波前传感器(11)与第一哈特曼波前传感器(10)；所述激光通信终端发射与缩束系统(6)同轴的光束，发射光束经过缩束系统(6)后形成缩束平行光束，缩束平行光束经第一分光镜(8)分光，分别传输至功率计(12)与第二分光镜(9)上，第二分光镜(9)将光束再次进行分光后由第一哈特曼波前传感器(10)与第二哈特曼波前传感器(11)接收。2.根据权利要求1所述的一种激光通信终端真空测试系统，其特征在于：还包括具有光学窗口(5)的真空罐(3)，所述激光通信终端(4)位于真空罐(3)中，激光通信终端的出射光通过光学窗口(5)入射至缩束系统(6)；所述平行光管(1)与真空罐(3)固连，平行光管(1)与真空罐(3)形成密闭的真空空间。3.根据权利要求2所述的一种激光通信终端真空测试系统，其特征在于：所述平行光管(1)为长焦距离轴抛物面反射式平行光管。4.根据权利要求3所述的一种激光通信终端真空测试系统，其特征在于：所述发散角测试模块(2)的感光面位于平行光管(1)的焦面处。5.根据权利要求4所述的一种激光通信终端真空测试系统，其特征在于：所述发散角测试模块(2)中的感光器件包括至少一个光谱范围为800nm～1600nm的CCD或CMOS器件；所述发散角测试模块(2)还包括位于感光器件前端的衰减片组，通过加入不同衰减倍率的衰减片组调整进入感光器件的能量。6.根据权利要求1-5任一所述的一种激光通信终端真空测试系统，其特征在于：所述缩束系统(6)由沿光路依次设置的离轴抛物面镜和目镜(7)组成，缩束倍率Γ的计算公式如公式(1)所示；其中：L为激光通信终端(4)的出瞳直径；a为两个哈特曼波前传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛勋，赵建科，李晶，刘尚阔，李坤，王争锋，曹昆，昌明，张洁，胡丹丹，赛建刚，宋琦，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61