激光通信终端光路中继单元装检系统及基于其的检测方法技术方案

本发明专利技术属于光学装调领域，涉及一种激光通信终端光路中继单元装检系统及基于其的检测方法，解决现有测试系统无法区分中继光路各支路发射、接收光束的同轴度的问题，系统包括沿光路依次设置的收发准直模块、转动模块和接收判读模块；收发准直模块用于发射准直光束，并接收经由接收判读模块的反射光线并进行判读；转动模块用于安装被测中继单元，实现被测中继单元中各支路的指向调节；接收判读模块用于接收、判读并反射被测中继单元的输出光束；利用本发明专利技术方法可实现激光通信终端中继单元的快速、高效装调集成，完成中继单元发散角、同轴度等指标的检测。等指标的检测。等指标的检测。

【技术实现步骤摘要】
激光通信终端光路中继单元装检系统及基于其的检测方法


[0001]本专利技术属于光学装调领域，涉及一种激光通信终端光路中继单元装检系统及基于其的检测方法，尤其涉及一种空间激光通信终端光路中继单元的各支路指向精度、同轴度进行控制的批量化、高效率的装检系统。

技术介绍

[0002]空间高速激光通信是构建空间信息网络的核心技术手段，近年来美国、欧洲、日本、俄罗斯等国在该领域竞相发展，NASA、ESA、JAXA等国立研发机构先后实现在轨演示。中国也在相关领域部署多个相关研发计划，实现了深空/近地卫星激光通信的在轨演示验证。空间激光通信终端的研制涉及光学、电子学、通信等多个领域，在空间组网过程中，需要在不同轨道布置多个激光通信终端。
[0003]空间激光通信终端的光学系统主要由光学望远镜、中继光路、标校系统三部分组成。其主要作用和特点如下：
[0004]光学望远镜为接收、发射共用系统。对于接收来说，其作用是压缩光束口径，并为分光系统提供像质良好的平行光束；对于发射来说，其作用是放大光束口径，并发射像质良好的平行光束。其与光路中继单元之间通过折轴镜进行光信号的连接。
[0005]光路中继单元承担光路光束在发射、接收过程中的扩束准直、扩大光斑尺寸、压缩发散角等任务，同时接收并聚焦耦合另一个终端发射来的光信号。光路中继单元：包括折轴镜、精指向镜、振镜、分光组件、信号发射支路、通信接收支路、粗接收支路、精接收支路，所有中继光路将装在一个壳体里。壳体侧板对应信号发射支路、通信接收支路、粗接收支路、精接收支路开设光束通孔，光束会通过光束通孔发射出来，如图4所示。
[0006]分光组件：由四个分光片、一个折轴镜组成。对于接收来说，作用是将不同波段光束分至相应的接收支路；对于发射来说，作用是将不同波段发射光合成一束，进入光学望远镜。
[0007]粗接收支路：实现另一方激光通信终端所发射过来的信标光的光束捕获与会聚。探测器采用CMOS图像传感器，视场在光路中继单元中是最大的。
[0008]通信接收支路：实现另一方激光终端所发射过来的信号光的光束捕获与会聚，使光束会聚到光纤，最终通过接收机解调光信号。
[0009]精接收支路：实现另一方激光终端发射过来的信号光的光束捕获，使光束会聚到红外探测器，获得精确的位置。
[0010]信号发射支路：完成通信光的准直功能，由预准直镜以及光纤耦合调整机构组成。预准直镜主要是实现信号光的准直，光纤耦合调整机构的主要用途是实现信号激光器光纤输出端口的调节。通信光光束需要以近衍射极限角发射，对于光束的要求较高。
[0011]由于空间激光通信的飞速发展，其需求量成几何倍增长，光路中继单元作为激光通信终端的核心组件，其装调标定效率也将极大的影响整个空间激光通信领域的发展。光路中继单元的结构形式较为复杂，装调精度高，其发射光束的同轴度、发散角将直接影响整
个激光通信终端的整体性能。如何快速、有效地研制出一套性能优良的光路中继单元，是摆在我们面前的一个难题。
[0012]中国专利CN110672304A公开了激光通信终端中继光路性能测试系统、方法及校准方法，其包含了中继光路不同支路指向、发散角测试的内容，然而要保证激光通信终端系统发射波前优良、能量分布均匀、收发效率高，既需要控制中继光路各支路发射光束的指向，也需要控制中继光路各支路发射接收光束的同轴度。上述专利因其接收部分仅为离轴抛物镜，仅能完成指向测试，无法区分中继光路各支路发射、接收光束的同轴度。另外，由于激光通信终端的需求量激增，尤其是针对具有五个支路的、集成度较高的中继单元而言，在研制过程中需要有更为高效、快捷的装检系统。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是提供一种激光通信终端中继单元装检系统及基于其的检测方法，解决现有测试系统无法区分中继光路各支路发射、接收光束的同轴度的问题以及针对集成度较高的中继单元而言，现有测试系统检测效率较低的问题，实现了激光通信终端中继单元的快速、高效装调集成，完成中继单元发散角、同轴度等指标的检测。
[0014]本专利技术的技术解决方案是提供一种激光通信终端光路中继单元装检系统，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的收发准直模块、转动模块和接收判读模块；所述收发准直模块的光轴与接收判读模块的光轴垂直，且收发准直模块的光轴与接收判读模块的光轴均与转动模块的转轴垂直；
[0015]所述收发准直模块包括激光器组件、光纤耦合器、光纤法兰、半透半反镜、可见红外CCD及离轴抛面镜；所述激光器组件与光纤耦合器的一端相连，所述光纤耦合器的另一端与光纤法兰相连；所述半透半反镜位于光纤耦合器的出射光路中；所述离轴抛面镜位于半透半反镜的反射光路中；所述光纤耦合器另一端的芯径端面位于从离轴抛面镜经半透半反镜反射光束的焦点处；所述可见红外图像传感器的感光面位于从离轴抛面镜经半透半反镜透射光束的焦面处；光纤耦合器另一端的芯径端面、可见红外图像传感器的感光面相对离轴抛面镜共焦面；
[0016]所述转动模块用于安装被测中继单元，实现被测中继单元中各支路的指向调节，并将收发准直模块的出射光束入射至被测中继单元，将被测中继单元的出射光束入射至收发准直模块；
[0017]所述接收判读模块用于接收并反射被测中继单元的输出光束；包括缩束系统及判读成像器件，所述缩束系统包括沿光路依次设置的楔形分光镜、主镜与次镜，用于收集被测中继单元输出不同位置的光束，所述判读成像器件用于判读被测中继单元输出光束的位置。
[0018]进一步地，所述转动模块包括单轴转台及位于单轴转台顶部或底部的五棱镜，沿单轴转台轴向中心开设中心孔；光束穿过转台中心孔再通过五棱镜后出射，或通过五棱镜，穿过转台中心孔后出射。
[0019]进一步地，激光器组件包括n个激光器，光纤耦合器为一分n光纤耦合器，n个激光器的输出端分别一一与一分n光纤耦合器的输入端相连，其中n为大于等于2的正整数。
[0020]进一步地，所述收发准直模块还包括可变光阑；可变光阑位于转动模块与离轴抛
面镜之间。
[0021]进一步地，所述光纤耦合器的接口为FC/PC口、FC/APC或SMA接口；所述光纤法兰的接口为FC/PC口、FC/APC或SMA接口，并与光纤耦合器接口匹配。
[0022]进一步地，所述半透半反镜的材料为JGS3，光谱范围400nm～1500m，透射波前rms优于1/30λ。
[0023]进一步地，所述可变光阑的口径在2mm～60mm之间可调。
[0024]进一步地，所述可见红外CCD的光谱范围为500nm～1700nm，像元尺寸为15um，分辨率为640
×
512。
[0025]进一步地，所述缩束系统的结构形式为全反射双离轴抛面式，系统波像差优于1/20λ。
[0026]进一步地，所述楔形分光镜的分光比为1:1，楔角为5
°
，材料为JGS1，口径为150mm。
[0027]进一步地，所述判读成像器件光谱范围为4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：包括沿光路依次设置的收发准直模块(1)、转动模块(2)和接收判读模块(4)；所述收发准直模块(1)的光轴与接收判读模块(4)的光轴垂直，且收发准直模块(1)的光轴与接收判读模块(4)的光轴均与转动模块(2)的转轴垂直；所述收发准直模块包括激光器组件(5)、光纤耦合器(6)、光纤法兰(7)、半透半反镜(8)、可见红外CCD(9)及离轴抛面镜(10)；所述激光器组件(5)与光纤耦合器(6)的一端相连，所述光纤耦合器(6)的另一端与光纤法兰(7)相连；所述半透半反镜(8)位于光纤耦合器(6)的出射光路中；所述离轴抛面镜(10)位于半透半反镜(8)的反射光路中；所述光纤耦合器(6)另一端的芯径端面位于从离轴抛面镜(10)经半透半反镜(8)反射光束的焦点处；所述可见红外图像传感器(9)的感光面位于从离轴抛面镜(10)经半透半反镜(8)透射光束的焦面处；光纤耦合器(6)另一端的芯径端面、可见红外图像传感器(9)的感光面相对离轴抛面镜(10)共焦面；所述转动模块(2)用于安装被测中继单元(3)，实现被测中继单元(3)中各支路的指向调节，并将收发准直模块(1)的出射光束入射至被测中继单元(3)，将被测中继单元(3)的出射光束入射至收发准直模块(1)；所述接收判读模块(4)用于接收并反射被测中继单元(3)的输出光束；包括缩束系统及判读成像器件(25)，所述缩束系统包括沿光路依次设置的楔形分光镜(22)、主镜(23)与次镜(24)，用于收集被测中继单元(3)输出不同位置的光束，所述判读成像器件(25)用于判读被测中继单元输出光束的位置。2.根据权利要求1所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：所述转动模块(2)包括单轴转台及位于单轴转台顶部或底部的五棱镜，沿单轴转台轴向中心开设中心孔；光束穿过转台中心孔再通过五棱镜后出射，或通过五棱镜，穿过转台中心孔后出射。3.根据权利要求1或2所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：激光器组件(5)包括n个激光器，光纤耦合器(6)为一分n光纤耦合器，n个激光器的输出端分别一一与一分n光纤耦合器的输入端相连，其中n为大于等于2的正整数。4.根据权利要求3所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：所述收发准直模块(1)还包括可变光阑(11)；可变光阑(11)位于转动模块(2)与离轴抛面镜(10)之间。5.根据权利要求4所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：所述光纤耦合器(6)的接口为FC/PC口、FC/APC或SMA接口；所述光纤法兰(7)的接口为FC/PC口、FC/APC或SMA接口，并与光纤耦合器(6)接口匹配。6.根据权利要求5所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：所述半透半反镜(8)的材料为JGS3，光谱范围400nm～1500m，透射波前rms优于1/30λ。7.根据权利要求6所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：所述可变光阑(11)的口径在2mm～60mm之间可调。8.根据权利要求7所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：所述可见红外CCD(9)的光谱范围为500nm～1700nm，像元尺寸为15um，分辨率为640
×
512。9.根据权利要求3所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：所述缩束系统的结构形式为全反射双离轴抛面式，系统波像差优于1/20λ。
10.根据权利要求9所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：所述楔形分光镜(22)的分光比为1:1，楔角为5
°
，材料为JGS1，口径为150mm。11.根据权利要求10所述的激光通信终端光路中继单元装检系统，其特征在于：所述判读成像器件(25)光谱范围为400～1000nm，像元尺寸为10um，分辨率为1024
×
1024。12.一种基于权利要求1
‑
11任一所述的激光通信终端光路中继单元装检系统的检测方法，所述中继单元包括壳体及位于壳体内部的折轴镜(12)、精指向镜(13)、1号分光镜(14)、粗接收支路(15)、2号分光镜(16)、3号分光镜(17)、通信接收支路(18)、精接收支路(19)、振镜(20)与信号发射支路(21)；其中，粗接收支路(15)与精接收支路(19)平行；壳体侧板对应信号发射支路(21)、通信接收支路(18)、粗接收支路(15)、精接收支路(19)部位开设光束通孔；其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将中继单元(3)壳体安装在转动模块(2)上，保证中继单元(3)壳体的安装面与转动模块(2)的台面平行，中继单元(3)壳体底部的发射出口与转动模块(2)转轴同轴；步骤二：开启激光器组件(5)，发射波长为632.8nm的激光光束，通过收发准直模块(1)准直为平行光束，经过转动模块(2)后进入中继单元(3)；步骤三：安装中继单元内折轴镜(12)，准直后的平行光束经折轴镜(12)反射至接收判读模块(4)，调整折轴镜(12)的指向，使接收判读模块(...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛勋，赵建科，周艳，李晶，王争锋，刘锴，曹昆，昌明，刘尚阔，焦璐璐，鄂可伟，
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：