一种干涉楔板测量星间激光通信出射光波波高的方法和装置，该方法是利用入射光波存在不同程度的离焦像差会导致干涉条纹产生逆时针或顺时针旋转的特性来测量入射球面波的波高。通过对光斑条纹采样的计算机后期处理，得到干涉条纹相对于水平条纹的旋转角度，以此推导出入射球面波所具有的正负波高。本发明专利技术原理可靠，光学系统结构简单，可以快速方便地给出定量的测量结果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星激光通信，特别是一种用于卫星激光通信的利用干涉楔板对发射 终端发射的平面波在发射过程中是否由于离轴偏差产生球面波高并进行定量测量的一种 方法和装置。当出射平面波存在离轴像差并由此产生球面波高时，干涉楔板上产生一定倾 斜角度的条纹，通过对条纹倾角的处理，可得到相应的球面波高，从而可以比较方便地得到 出射球面波离轴像差的定量描述。
技术介绍
星间激光通信是以激光为传输媒介，在卫星之间建立光通信链路，实现数据传输 的技术。由于星间激光通信技术的特殊性，其主要技术指标和运行性能不可能在空间信道 内进行实地检测，必须在通信终端发射升空前对通信终端的技术指标和运行性能在地面实 验室内进行模拟实验，完成对整个系统或分系统的检测和验证，这就需要在发展系统终端 的同时预先建立相应的实验室地面检测验证平台。进行通信的两个卫星之间的距离很远， 当发射端发射的光束到达接收端时，接收到的光波可看作是平面波。因此，在地面平台进行 模拟时，入射到模拟装置上的光波也应该是平面波。但是由于在调节光路过程中不可避免 地会引入调节误差，使得显微物镜和平行光管无法实现共焦，导致在平行光管前焦面入射 的光波为球面波，该光波经平行光管出瞳后表现为具有一定波高的球面波。这一球面波入 射到存在给定楔角的干涉平板后，其干涉条纹发生倾斜。随着离焦量的变化，条纹也发生角 度上的偏转。根据这一特性，可以通过对条纹旋转角度的处理，可以得到出射球面波的波 尚ο入射光波平面度变差会导致楔板的干涉条纹产生偏转这一特性曾经被Rajpal S. Sirohi 发现并提出。在其研究工作中，将具有相同楔角的两个干涉平板按照相反的方 向放置。当入射的光波平面度越来越差即球面波特性越来越明显时，两个干涉平板分别产 生的干涉条纹会分别产生顺时针和逆时针的转动。研究人员通过这一现象表明采用这种方 法可以将采用传统干涉方法对入射光波平面度变化进行测量的敏感程度提高两倍，但是这 种敏感性只是用肉眼观测获得，且仅仅将该方法应用于对光波平面度变化敏感性的定性分 析，并没有利用条纹角度的变化给出光波波高的定量描述。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种干涉楔板测量星间激光通信出射光波波高的方法和 装置。该方法和装置的原理可靠，结构简单，易于实现，能够轻易地给出射波前存在球面波 高的定量描述。本专利技术的技术解决方案如下 一种干涉楔板测量星间激光通信出射光波波高的方法，特点在于该方法是利用增大或减小球面波的离焦像差会导致干涉楔板的干涉条纹产生一定角度的偏转的特性，通过 测量干涉条纹偏转角度，根据下列公式计算球面波高 式中Ty,bg为条纹周期，可通过公式=4计算得到，λ是激光波长，θ =2ηα,Uα为楔板(7)的楔角，η为楔板(7)的折射率，光斑半径A为入射光束直径的一半，为已知 参量；β read为条纹旋转的角度，S为观察屏上的干涉条纹的剪切量。一种利用干涉楔板测量星间激光通信出射光波波高的装置，其特点在于该装置的 构成包括具有楔角为α的楔板和观察屏，所述的楔板竖直地设置在待测的星间激光通信 出射的平行光束的前方，该楔板的前平面与所述的平行光束的水平方向的夹角为45°，在 所述的楔板的反射光方向设置观察屏。所述的观察屏是一块毛玻璃。本专利技术的技术效果本专利技术充分考虑到球面波入射到楔板上产生剪切干涉，产生的条纹主要来自两方 面贡献，一是入射球面波的二次相位产生条纹，二是楔板自身楔角也会对入射光波产生背 景条纹。当楔角方向为竖直放置时，改变离焦量会改变入射球面波的二次相位，在条纹上的 变化表现为条纹发生一定角度的偏转。通过对干涉条纹角度进行计算，可以利用等位线方 程从数学上反推出入射球面波的波高，从而为离焦像差提供数学上的定量描述。和已有技术相比，本专利技术具有原理可靠，结构简单，可以给出定量的测量结果且易 于实现的优点。附图说明图1为本专利技术利用干涉楔板测量星间激光通信出射光波波高的方法和装置的原 理框图。图中1_激光器，2-激光器发射光束，3-显微物镜，4-滤波小孔，3和4组成空间 滤波器，5-平行光管，6-平行光管的主镜，7-楔板，即带楔角的干涉平板，8-平行光束入射 到楔板7前表面上的光斑，9-光束折射入楔板7内后在后表面上的光斑，10-光束从后表面 反射到前表面上的光斑，11-光束从光斑8投射到观察屏14上的光斑，12-光束从光斑10 投射到观察屏14上的光斑，13-干涉条纹，14-观察屏。图2是条纹旋转示意图具体实施例方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步详细说明，但不应以此限制本专利技术的保护 范围。先请参阅图1，由图可知，本专利技术利用干涉楔板测量星间激光通信出射光波波高的 装置，包括激光器1发射初始激光光束2，光束2入射到显微物镜3上，滤波小孔4放置在显 微物镜3上的后焦面处，起到空间滤波的作用。显微物镜3和平行光管5的主镜6共焦，共焦位置即滤波小孔4所处的位置。光束经过平行光管5后，出射的是待测的星间激光通信 出射的平行光束。装置1-6为产生平面波的光源装置，呈水平摆放。本专利技术利用干涉楔板测量星间激光通信出射光波波高的装置，该装置的构成包括具有楔角为α的楔板7和观察屏14，所述的楔板7竖直地设置在待测的星间激光通信出射 的平行光束的前方，该楔板7的前平面与所述的平行光束的水平方向的夹角为45°，在所 述的楔板7的反射光方向设置观察屏14。测量过程如下所述的平面波以45°方向入射到楔板7的前表面上，得到入射光斑8，其中楔板7 以其楔角方向竖直向上的姿态放置。光束折射后进入楔板7内，到达楔板的后表面上得到 光斑9。光束从楔板的后表面反射后到达楔板的前表面，得到光斑10。由于楔板的厚度和 折射作用的影响，光斑10和光斑8存在一定的剪切关系，二者共同投射到观察屏14上，得 到光斑12和光斑11，二者产生水平干涉条纹13。在实际的测量过程中，显微物镜3和滤波小孔4是共同放置在一个平移装置上的。 沿光路方向前后微调该平移装置，使显微物镜3和滤波小孔4能够共同沿光轴方向移动，使 得从平行光管前焦面出发的光波产生正向或负向的离焦。离焦像差的引入导致平行光管原 本出射的平面波变为具有二次相位的球面波，即产生一定的波高Wm。改变离焦量的大小，条 纹13会发生角度上的旋转。旋转的幅度随离焦量大小的变化而变化，旋转的方向因离焦量 的正负向而不同。将旋转后的条纹记录下后，用计算机进行处理，得到条纹偏离水平方向的 角度，再根据该角度和相关的数学关系可以推导出入射到干涉楔板上的球面波的波高。本专利技术的技术解决方案原理如下在方案实施中，楔角为α的楔板7竖直放置。当一束理想平面波(无球面波的二 次项产生的波高)入射到一个有楔角的楔板7上，剪切后产生的重叠区域内存在多个条纹， 这是由于楔板7本身存在楔角，导致经楔板内外表面反射后的两个光波之间存在相位差， 产生干涉条纹。当是理想平面波入射，该条纹仅是由楔板7自身原因产生，因此称之为背景 条纹；当一束经过离焦了的光波面(即存在球面波的二次项产生的波高，或正或负)入射 到一个无楔角的平板上，剪切后产生的重叠区域内存在条纹。由于平板无楔角，则该条纹完 全由入射的离焦波面贡献；当一束经过离焦了的光波面(即存在球面波的二次项产生的波 高，或正或负)入射到一个有楔角的楔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种干涉楔板测量星间激光通信出射光波波高的方法，特征在于该方法是利用增大或减小球面波的离焦像差会导致干涉楔板的干涉条纹产生一定角度的偏转的特性，通过测量干涉条纹偏转角度，根据下列公式计算待测的星间激光通信出射光波球面波高： Ｗ↓［ｍ］＝ｒ↓［０］↑［２］／２ＳＴ↓［ｙ，ｂｇ］ｔａｎβ↓［ｒｅａｄ］λ＝＊｜ｒ↓［０］↑［２］／２ＳＴ↓［ｙ，ｂｇ］ｔａｎβ↓［ｒｅａｄ］｜λ 式中：Ｔ↓［ｙ，ｂｇ］为条纹周期，可通过公式Ｔ↓［ｙ，ｂｇ］＝λ／θ计算得到，λ是激光波长，θ＝２ｎα，α为楔板（７）的楔角，ｎ为楔板（７）的折射率，光斑半径ｒ↓［０］为入射光束直径的一半，为已知参量；β↓［ｒｅａｄ］为条纹旋转的角度，Ｓ为观察屏上的干涉条纹的剪切量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁伟，刘立人，栾竹，孙建锋，戴恩文，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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