[發明專利]無波面畸變自由空間遠距離激光傳輸模擬裝置

有效

• 申請號: 201110363840.0
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102412898A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 孫建鋒;劉立人;閆愛民;戴恩文
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H04B10/12
• 分類號: H04B10/12;H04B10/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及空間激光通信、空間激光雷達和空間激光武器等領域，特別是一種激光光束在自由空間遠距離傳輸模擬的裝置，主要用于空間激光應用系統激光發射波面在遠場特性的模擬和檢驗。

背景技術

空間激光應用系統，包括空間激光通信、空間激光雷達和空間激光武器等，都對激光的發射波面有著非常高的要求，這是因為發射終端和目標之間的距離都很遠，屬于空間遠場的范疇，所以其遠場分布情況是整個系統性能中需要重點關注的。對于空間激光通信而言，遠場分布情況直接決定了激光通信鏈路的性能，最終影響通信誤碼率；對于空間激光雷達而言，不僅會影響照明區域的強度分布，還會影響圖像重建的質量；而對空間激光武器系統的影響就更為直接，遠場的分布和激光武器的打擊效果密切相關。但由于空間激光應用系統的作用距離為數百至數萬公里，也不可能在空間在軌直接完成其遠場分布的性能檢測和驗證，所以必須在地面實驗室內搭建一套模擬系統用來模擬真實的在軌應用環境，在此基礎上進行空間激光應用系統性能的檢測驗證。

目前，國內和國外對于自由空間遠距離激光光束傳輸模擬基本都采用傅立葉變換物鏡將發射終端的近場波面轉化為其焦面上縮小的遠場分布，然后采用成像放大和等比縮放的原理模擬幾千公里至十幾萬公里的自由空間光束傳輸，這種方案可以準確的模擬出遠場的強度分布圖樣，但是其波面和實際的遠場分布不同，這對于空間相干激光通信和合成孔徑激光成像雷達是不行的。后來中科院上海光機所等人提出了改進的模擬方案，即采用4-f成像放大系統代替之前的單透鏡成像放大，這樣可以有效的消除波面的畸變，但是系統的復雜度相對較高，實際裝校比較困難。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種無波面畸變自由空間遠距離激光傳輸模擬裝置，以解決在實驗室有限的空間內模擬激光在自由空間遠距離傳輸的技術效果。應用于空間激光應用系統，包括空間激光通信、空間激光雷達和空間激光武器等領域，激光發射波面在遠場特性的模擬和檢驗，對于空間激光應用系統的研制和發展具有很大的應用價值。

本發明的技術構思是：激光光束遠距離傳輸有兩個重要特性，一是遠場的強度分布，二是遠場的波面分布。本發明采用傅立葉變換物鏡將近場激光發射波面在其焦平面上轉化為縮小的遠場分布，然后采用單透鏡成像放大系統將縮小的遠場分布進行放大，采用帶可調衰減器的單模保偏光纖進行小孔采樣，模擬自由空間遠距離傳輸的強度分布，然后采用準直平行光管將保偏光纖輸出的點光源進行準直，模擬自由空間遠距離傳輸的遠場平面波，將光纖頭在焦平面上振動，以產生出射平面波的快速掃描，用來模擬運載平臺的振動情況。

本發明的技術解決方案如下：

一種無波面畸變自由空間遠距離激光傳輸模擬裝置，特點在于其構成包括：長焦距傅立葉透鏡、成像放大透鏡、可調衰減器的單模保偏光纖、光纖頭快速振動裝置和激光準直透鏡，其位置關系如下：

在第一被測激光通信終端和第二被測激光通信終端之間，沿光路方向依次是長焦距傅立葉透鏡、成像放大透鏡、可調衰減器的單模保偏光纖、光纖頭快速振動裝置和激光準直透鏡，所述的長焦距傅立葉透鏡的前焦面和第一被測激光通信終端的發射系統的出瞳面重合；所述的成像放大透鏡的放大倍率為M，該成像放大透鏡的物距就是長焦距傅立葉變換透鏡的后焦面離成像放大透鏡物方主面的距離，該成像放大透鏡的像平面和所述的可調衰減器的單模保偏光纖的輸入端面重合；該可調衰減器的單模保偏光纖的輸出端置于所述的光纖頭快速振動裝置上，在該光纖頭快速振動裝置的驅動電機的驅動下，帶動所述的可調衰減器的單模保偏光纖的輸出端的光纖頭快速振動，該可調衰減器的單模保偏光纖的輸出端面和所述的激光準直透鏡的前焦平面重合，經所述的激光準直透鏡輸出的平面波由所述的第二被測激光通信終端接收。

所述的驅動電機為壓電陶瓷驅動器，或其它類型的快速驅動器。

本發明的技術效果：

本發明無波面畸變自由空間遠距離激光傳輸模擬裝置，利用光學傅立葉變換、光學成像放大器、小孔采樣、光強衰減和激光準直技術實現了光束的遠距離傳輸光強和相位分布的物理模擬，采用壓電陶瓷驅動器帶動輸出光纖頭在激光準直平行光管的前焦面內運動模擬接收激光通信終端運載平臺的振動。本發明可應用于衛星激光通信終端的鏈路通信性能和振動抑制性能的實驗室檢測，對于空間激光通信終端的研制和發展具有很大的應用價值。

附圖說明

圖1為本發明無波面畸變自由空間遠距離激光傳輸模擬裝置實施例的光路示意圖。