【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间激光通信，特别是指一种低剖面激光通信光学系统及激光通信对准方法。
技术介绍
1、空间激光通信技术是以激光为传播载体，在空间进行信息传输的一种通信技术。因其具有高速、宽带、抗截获能力强的诸多优势，近年来在深空、星地、星间等链路通信应用中发展迅速。
2、机载激光通信技术是空间激光通信技术的研究热点，为满足飞机平台的隐身性能要求，实现各种姿态下的高速通信，机载通信终端需要朝着小型化、轻量化、共形化的趋势发展。然而目前成熟度较高的光束扫描机构如框架式、单反镜式系统存在尺寸较大，外露剖面高的问题，音圈反射镜式和mems反射镜式系统又无法满足大扫描角度的技术要求。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出一种低剖面激光通信光学系统及激光通信对准方法。该系统使用液晶偏振光栅组实现光束偏转，具有轻量化、大角度的优点，同时外露剖面低，在机载平台激光通信领域有广泛的应用前景。
2、为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下。
3、一种低剖面激光通信光学系统，包括总控制器、电机控制器、接收液晶偏振光栅组、发射液晶偏振光栅组、接收支路与发射支路，所述接收支路包括伽利略式缩束系统、第一快速反射镜、第一二向色镜、跟踪光学系统、第二快速反射镜与通信接收系统；所述发射支路包括信标光发射模块、信号光发射模块、第二二向色镜、第三快速反射镜与第四快速反射镜；
4、所述接收液晶偏振光栅组包括三个完全相同且同轴级联的接收液晶偏振光栅，发射液晶偏振光栅组包
5、在发射支路中，总控制器控制信标光发射模块发出信标光，同时控制信号光发射模块发出信号光，信标光传至第二二向色镜后按原路径方向继续传播，信号光经第四快速反射镜反射至第二二向色镜后，第二二向色镜将信号光反射至与信标光相同的路径上，传至第二二向色镜的两路光线汇合为一路光线，经第三快速反射镜反射至发射液晶偏振光栅组，总控制器驱动电机控制器，控制发射液晶偏振光栅组的转动，使反射至发射液晶偏振光栅组发生衍射偏转后的光线向外部发射；
6、在接收支路中，远处天线发射的光线进入接收液晶偏振光栅组后发生衍射偏转，衍射偏转后的光线进入伽利略式缩束系统，缩束后的光线经第一快速反射镜反射至第一二向色镜，第一二向色镜将光线分为两路，第一路光线按原路径方向直接进入跟踪光学系统，第二路光线经第一二向色镜反射至第二快速反射镜，之后第二快速反射镜将第二路光线反射至通信接收系统；跟踪光学系统与通信接收系统输出的光线均送至总控制器进行跟踪与通信。
7、进一步地，所述所述伽利略式缩束系统包括一个具有正焦距的双凸透镜以及一个具有负焦距的双凹透镜，经过接收液晶偏振光栅组后发生衍射偏转的光线首先送入双凸透镜，之后由双凸透镜汇聚传至双凹透镜进行输出。
8、进一步地，所述跟踪光学系统包括第一滤光片、第一会聚镜与cmos传感器；所述通信接收系统包括第二滤光片、第二会聚镜与apd探测器；
9、输入跟踪光学系统的光线顺次进入第一滤光片与第一会聚镜后输入cmos传感器，由cmos传感器进行输出；
10、输入通信接收系统的光线顺次进入第二滤光片与第二会聚镜后输入雪崩光电二极管探测器，由雪崩光电二极管探测器进行输出。
11、进一步地，所述信标光发射模块包括信标光激光器、第一准直镜、第一半波片与第一1/4波片；所述信号光发射模块包括信号光激光器、第二准直镜、第二半波片与第二1/4波片；
12、信标光激光器发射的信标光，顺次进入第一准直镜、第一半波片与第一1/4波片后传至第二二向色镜；
13、信号光激光器发射的信号光，顺次进入第二准直镜、第二半波片与第二1/4波片后传至第四快速反射镜。
14、进一步地，所述第一～第四快速反射镜，第一～第二二向色镜的初始工作角度均为：与x方向夹角呈45°，与y方向夹角呈0°；其中，x方向为液晶偏振光栅组的光栅线方向，y方向为垂直于液晶偏振光栅组的光栅线的方向。
15、一种激光通信对准方法，基于如上任意一项所述的一种低剖面激光通信光学系统实现，包括以下步骤：
16、步骤1、总控制器控制发射支路向外部发射光线；
17、步骤2、总控制器驱动电机控制器，控制液晶偏振光栅组的转动，从而引导发射支路向外部发射的光线在一定范围内遍历扫描，直至总控制器捕获到接收支路的光线；
18、步骤3、总控制器解算出跟踪光学系统的光斑质心偏离量，根据光斑质心偏离量计算三个接收液晶偏振光栅各自的偏移角度：
19、
20、
21、其中，φx为完成接收支路光线捕获时，光斑质心在x方向上的偏离量，φy为完成接收支路光线捕获时，光斑质心在y方向上的偏离量；δ1、δ2、δ3分别为三个接收液晶光栅各自的波长栅距比；分别为三个接收液晶光栅各自的偏移角度；
22、根据三个接收液晶光栅各自的偏移角度之间的关系，选择旋转角度最小的一组数据，进一步计算各自对应的驱动电机驱动量；总控制器根据驱动电机驱动量控制接收液晶偏振光栅旋转至指定位置，并通过同步带使发射液晶偏振光栅旋转相同角度，实现粗跟踪；
23、步骤4、总控制器再次解算出跟踪光学系统的光斑质心偏离量，根据光斑质心偏离量解算出第一快速反射镜与第三快速反射镜的偏移角度：
24、
25、
26、其中，α为实现粗跟踪后，光斑质心在x方向上的偏离量，b为实现粗跟踪后，光斑质心在y方向上的偏离量，f为第一会聚镜的焦距；αx为第一快速反射镜与第三快速反射镜在x方向上的偏移，αy为第一快速反射镜与第三快速反射镜在y方向上的偏移角度；根据αx以及αy将第一快速反射镜与第三快速反射镜调整至正确位置，实现精跟踪；
27、步骤5、总控制器根据液晶偏振光栅组的旋转角度，解算出第二快速反射镜与第四快速反射镜所需的色散偏移角度：
28、
29、
30、其中，λ1为信标光的波长，λ2为信号光的波长，λ为液晶偏振光栅的栅距，θx为第二快速反射镜与第四快速反射镜在x方向上的色散偏移角度，θy为第二快速反射镜与第四快速反射镜在y方向上的色散偏移角度，根据θx以及θy将第二快速反射镜与第四快速反射镜调整至正确位置，完成激光通信的对准。
31、由于采用了上述技术方案，本专利技术和现有技术相比具有以下有益效果：
32、1、本专利技术采用三片液晶偏振光栅组合构成光束偏转器件，单片液晶偏振光栅的衍射效率理想状态下可达100％。
33、2、本专利技术通过控制入射光偏振旋向和三片液晶偏振光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低剖面激光通信光学系统，其特征在于，包括总控制器、电机控制器、接收液晶偏振光栅组、发射液晶偏振光栅组、接收支路与发射支路，所述接收支路包括伽利略式缩束系统、第一快速反射镜、第一二向色镜、跟踪光学系统、第二快速反射镜与通信接收系统；所述发射支路包括信标光发射模块、信号光发射模块、第二二向色镜、第三快速反射镜与第四快速反射镜；
2.根据权利要求1所述的一种低剖面激光通信光学系统，其特征在于，所述所述伽利略式缩束系统包括一个具有正焦距的双凸透镜以及一个具有负焦距的双凹透镜，经过接收液晶偏振光栅组后发生衍射偏转的光线首先送入双凸透镜，之后由双凸透镜汇聚传至双凹透镜进行输出。
3.根据权利要求1所述的一种低剖面激光通信光学系统，其特征在于，所述跟踪光学系统包括第一滤光片、第一会聚镜与CMOS传感器；所述通信接收系统包括第二滤光片、第二会聚镜与雪崩光电二极管探测器；
4.根据权利要求1所述的一种低剖面激光通信光学系统，其特征在于，所述信标光发射模块包括信标光激光器、第一准直镜、第一半波片与第一1/4波片；所述信号光发射模块包括信号光激光器、第二准直
5.根据权利要求1所述的一种低剖面激光通信光学系统，其特征在于，所述第一～第四快速反射镜，第一～第二二向色镜的初始工作角度均为：与x方向夹角呈45°，与y方向夹角呈0°；其中，x方向为液晶偏振光栅组的光栅线方向，y方向为垂直于液晶偏振光栅组的光栅线的方向。
6.一种激光通信对准方法，其特征在于，基于权利要求1-5中任意一项所述的一种低剖面激光通信光学系统实现，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种低剖面激光通信光学系统，其特征在于，包括总控制器、电机控制器、接收液晶偏振光栅组、发射液晶偏振光栅组、接收支路与发射支路，所述接收支路包括伽利略式缩束系统、第一快速反射镜、第一二向色镜、跟踪光学系统、第二快速反射镜与通信接收系统；所述发射支路包括信标光发射模块、信号光发射模块、第二二向色镜、第三快速反射镜与第四快速反射镜；
2.根据权利要求1所述的一种低剖面激光通信光学系统，其特征在于，所述所述伽利略式缩束系统包括一个具有正焦距的双凸透镜以及一个具有负焦距的双凹透镜，经过接收液晶偏振光栅组后发生衍射偏转的光线首先送入双凸透镜，之后由双凸透镜汇聚传至双凹透镜进行输出。
3.根据权利要求1所述的一种低剖面激光通信光学系统，其特征在于，所述跟踪光学系统包括第一滤光片、第一会聚镜与...
【专利技术属性】
技术研发人员：李哲，史天翼，马仙仙，李少波，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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