空间激光通信终端中继光路装配检测装置及检测方法转让专利
申请号 : CN202010431348.1
文献号 : CN111769870B
文献日 : 2021-07-27
发明人 : 李晶 , 周艳 , 赵建科 , 薛勋 , 刘锴 , 王争锋 , 张洁
申请人 : 中国科学院西安光学精密机械研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种空间激光通信终端中继光路装配检测装置,其特征在于:包括光源(101)、光纤(102)、起偏器(104)、偏振分光镜(105)、探测器(106)、准直镜(107)、可调光阑(108)、检测
1/4波片(109)、五维调整台(110)、切换平台(114)、偏振分析仪(112)和功率计(113);
所述光纤(102)、起偏器(104)、偏振分光镜(105)依次设置在光源(101)的出射光路上;
所述准直镜(107)、检测1/4波片(109)、五维调整台(110)和切换平台(114)依次设置在偏振分光镜(105)的透射光路上,所述探测器(106)设置在偏振分光镜(105)的反射光路上,所述五维调整台(110)用于调整空间激光通信终端中继光路(111)的位置;
所述可调光阑(108)设置在准直镜(107)的出光口,用于实现准直镜(107)出射光口径的调节;
所述偏振分析仪(112)和功率计(113)设置在切换平台(114)上,切换平台(114)用于实现偏振分析仪(112)和功率计(113)的位置转换。
2.根据权利要求1中所述的空间激光通信终端中继光路装配检测装置,其特征在于:所述光纤(102)的一端与光源(101)连接,另一端与光纤法兰(103)连接,所述光纤法兰(103)位于准直镜(107)的焦平面位置,所述光纤(102)的出射端面位于准直镜(107)的焦点位置。
3.根据权利要求2所述的空间激光通信终端中继光路装配检测装置,其特征在于:所述切换平台(114)为转盘或平移台。
4.根据权利要求1或2或3所述的空间激光通信终端中继光路装配检测装置,其特征在于:所述光源(101)为光纤激光器,波长为空间激光通信终端中继光路(111)的工作波长,所述光纤(102)为单模光纤或多模光纤。
5.根据权利要求4所述的空间激光通信终端中继光路装配检测装置,其特征在于:所述探测器(106)为CCD或CMOS。
6.根据权利要求5所述的空间激光通信终端中继光路装配检测装置,其特征在于:所述光纤(102)、起偏器(104)、偏振分光镜(105)和检测1/4波片(109)的工作波长为空间激光通信终端中继光路(111)的工作波长;所述探测器(106)、偏振分析仪(112)和功率计(113)的波长范围覆盖空间激光通信终端中继光路(111)的工作波长。
7.根据权利要求6所述的空间激光通信终端中继光路装配检测装置,其特征在于:所述探测器(106)的单位像元尺寸为20μm,光谱响应范围为0.3μm~1.8μm。
8.根据权利要求7所述的空间激光通信终端中继光路装配检测装置,其特征在于:所述准直镜(107)的焦距为300mm,出瞳尺寸为100mm,光学元件全部为反射镜,工作波长范围为
0.3μm~1.8μm。
9.一种基于权利要求1至8任一所述空间激光通信终端中继光路装配检测装置的检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、转换切换平台,将功率计转至五维调整台一侧;
步骤二、光源工作,光源的出射光经过光纤、起偏器后入射至偏振分光镜,经偏振分光镜透射后进入准直镜,出射平行光束,调整可调光阑,使可调光阑的口径小于被测空间激光通信终端中继光路出瞳;
步骤三、功率计记录偏振光的功率,转动起偏器,使偏振光功率最大;
步骤四、将被测空间激光通信终端中继光路放置在五维调整台上,所述被测空间激光通信终端中继光路包括光学镜头和被测1/4波片;
步骤五、转换切换平台,将偏振分析仪转至五维调整台一侧;
步骤六、转动被测1/4波片,获取多个偏振分析仪斯托克斯参量的S3分量,选取最接近1或‑1的S3分量,此时,该S3分量对应的角度即为被测1/4波片的安装角度,记录此时的S3分量,则空间激光通信终端中继光路的偏振损耗为(1‑S3)×100%。
10.一种基于权利要求1至8任一所述空间激光通信终端中继光路装配检测装置的检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、将被测空间激光通信终端中继光路放置在五维调整台上,所述被测空间激光通信终端中继光路包括相连接的光学镜头和被测光纤;
步骤二、将光纤激光器与被测光纤连接;
步骤三、光纤激光器工作,调整五维调整台,使被测空间激光通信终端中继光路的光轴与光纤激光器出射光束的光轴重合;
步骤四、调整可调光阑,使得可调光阑口径大于被测空间激光通信终端中继光路的出瞳直径;
步骤五、光纤激光器发出的光束经过被测光纤进入光学镜头,光学镜头出射的光经过检测1/4波片、可调光阑和准直镜,被偏振分光镜反射进入探测器,记录探测器上的光斑;
步骤六、调节被测光纤的安装位置和姿态,使得探测器上的光斑强度均匀分布且尺寸最小;
步骤七、计算出射光斑的直径Dx和Dy;
7.1)找到光斑图像中灰度值最大的像元坐标(xi,yi);
2
7.2)提取xi行全部像元的灰度值,从xi向两侧搜索,找到灰度值与灰度最大值1/e最接近的两个像元所在位置,计算左右两个像元之间的间隔Nx,则出射光斑x方向的直径Dx为Dx=Nxd
式中:d为探测器像元尺寸,单位mm;
2
7.3)提取yi列全部像元的灰度值,从yi向两侧搜索,找到灰度值与灰度最大值1/e最接近的两个像元所在位置,计算左右两个像元之间的间隔Ny,则出射光斑y方向直径Dy为:Dy=Nyd
步骤八、计算光束发散角θ;
式中:f′为准直镜的标定焦距,单位:mm。
说明书 :
空间激光通信终端中继光路装配检测装置及检测方法
技术领域
背景技术
输。随着空间遥感技术的发展,空间相机的分辨率、光谱仪器的空间和光谱分辨率都在大幅
度提高,大量空间探测数据需要实时传送到地面,供给技术人员和专家分析、提炼,实现空
间仪器的应用价值。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。随着5.65G/s空间激光通信终端的成功实验,几十吉比特率空间激光通信终端也正处于
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。
大型环境试验状态下的功能和性能测试,能够完成上下行链路光信号传输误码率测试、数
据率测试和光能测量,能够完成发射波长和发射功率的测试。中国专利201410708261.9公
开了一种空间激光通信地面测试模拟平台,能够实现两个通信端机近距离进行多种参数直
接对准性能的端机级系统测试,模拟影响空间激光通信性能的多种外界因素。中国专利
201410708299.6公开了一种空间激光通信端机级系统测试方法,该方法实现空间激光通信
端机级的系统测试,包括跟瞄特性、捕获特性、通信特性等。中国专利201410708285.4公开
了一种多功能空间激光通信地面测试系统及静态参数测试的方法,该测试系统包括空间激
光通信的动态参数测试模拟平台和静态参数测量设备,通过一片平面反射镜改变静态参数
或是动态参数的测试,其中静态参数包括超前瞄准误差、远场分布、光功率和静态指向误
差。但是,上述申请都是针对空间激光通信系统指标的测试装置,缺乏对空间激光通信终端
中继光路装配过程的性能测试,空间激光通信终端中继光路装配过程的性能指标包括发散
角和偏振损耗,同时,若对每一个装配过程的关键指标进行测试,则均需搭建独立的发散角
试验光路和偏振损耗试验光路,测试效率低下。
发明内容
检测方法,解决了空间激光通信终端中继光路在装配过程中的光学性能测试问题。
计;所述光纤、起偏器、偏振分光镜依次设置在光源的出射光路上;所述准直镜、检测1/4波
片、五维调整台和切换平台依次设置在偏振分光镜的透射光路上,所述探测器设置在偏振
分光镜的反射光路上;所述五维调整台用于调整空间激光通信终端中继光路的位置;所述
可调光阑设置在准直镜的出光口,用于实现准直镜出射光口径的调节;所述偏振分析仪和
功率计设置在切换平台上,切换平台用于实现偏振分析仪和功率计的位置转换。
光通信终端中继光路的工作波长。
激光通信终端中继光路出瞳;
S3分量,则空间激光通信终端中继光路的偏振损耗为(1‑S3)×100%。
斑;
为
为:
端中继光路装配过程的关键指标如偏振损耗和发散角的测试,可提高激光通信系统的隔离
度,进而提升通信捕获概率,为标定通信距离积累数据基础。同时,本发明检测装置结构简
单,使用方便,易于实现。
率,适用于批量化生产。
附图说明
光通信终端中继光路;112‑偏振分析仪;113‑功率计;114‑切换平台;201‑光学镜头;202‑被
测1/4波片;203‑被测光纤;204‑光纤激光器。
具体实施方式
被测1/4波片和被测光纤安装,以及偏振损耗和发散角的测试,使得空间激光通信终端中继
光路关键装配过程和光学性能在一个平台上测试,提高了装配检测的效率,适用于批量化
生产。
1/4波片109、五维调整台110、切换平台114、偏振分析仪112和功率计113。光纤102、起偏器
104、偏振分光镜105依次设置在光源101的出射光路上;准直镜107、检测1/4波片109、五维
调整台110和切换平台114依次设置在偏振分光镜105的透射光路上,探测器106设置在偏振
分光镜105的反射光路上;可调光阑108设置在准直镜107的出光口,用于实现准直镜107出
射光口径的调节;偏振分析仪112和功率计113设置在切换平台114上,切换平台114用于实
现偏振分析仪112和功率计113的位置转换;五维调整台110用于调整空间激光通信终端中
继光路111的位置。
置探测器106,准直镜107出光口安装一个可调光阑108,实现准直镜107出射光口径的调节,
以匹配不同空间激光通信终端中继光路111,可调光阑108后设有可插拔安装槽,用于放置
检测1/4波片109,五维调整台110上放置被测空间激光通信终端中继光路111,中心高与准
直镜107出光口等高;偏振分析仪112和功率计113放置在一个切换平台114上,中心高与准
直镜107出射平行光束中心高相等,光轴与准直镜107出射平行光束光轴重合。该装置可实
现空间激光通信终端中继光路111的被测1/4波片202安装、被测光纤203安装,测试偏振损
耗、发散角和焦距等关键指标。
μm,光纤102、起偏器104、偏振分光镜105和检测1/4波片的工作波长为空间激光通信终端中
继光路111的工作波长1550nm,探测器106、偏振分析仪112和功率计113的波长范围覆盖空
间激光通信终端中继光路111的工作波长,准直镜107在空间激光通信终端中继光路111的
工作波长具有良好的像质。
出射光束的口径与被测空间激光通信终端中继光路111口径匹配,通过调整五维调整台110
使被测空间激光通信终端中继光路111的光轴与出射平行光束的光轴重合,利用偏振分析
仪112调整被测空间激光通信终端中继光路111中被测1/4波片202姿态。
集的光斑调节被测空间激光通信终端中继光路111的被测光纤203安装位置。
取为300mm,出瞳尺寸为100mm,光学元件全部为反射镜,工作波长范围为0.3μm~1.8μm。
方法包括以下步骤:
调光阑108的口径小于被测空间激光通信终端中继光路111出瞳;
记录此时的S3分量,则空间激光通信终端中继光路111的偏振损耗为(1‑S3)×100%。
进入探测器106,记录探测器106上的光斑;
为
为: