摘要：提出一种较全面的空间光通信系统结构。该系统的光发射接收子系统采用三发三收的设计方法,以增大光的发射功率和接收功率;APT子系统采用望远镜进行粗瞄准,音频调制光标信号进行精瞄准;控制子系统采用Ethernet接口,远程通过Internet对系统进行测量和控制的设计方法。给出一个近地大气空间光通信系统的设计实例, 其信号传输速率为155Mbps,传输距离为4km,在误码率不大于10-9条件下,系统接收灵敏度达到-52dBm。

摘要：为了减小多节点激光通信天线的工作包络尺寸并提高二维摆镜的运动控制精度,提出了一种紧凑型摆镜组件。采用高体分铝基碳化硅(SiC/Al)支撑板与H-K9L反射镜直接黏接的方案,提高了摆镜面形的热稳定性,摆镜回转中心至镜面的距离被缩短至20mm。黏接面采用三点薄圆环的设计,在保证摆镜组件动态刚度的前提下有效降低了黏接应力对摆镜面形的影响。有限元分析结果表明,摆镜组件的基频为1319.96Hz,在(20±5)℃工作温度范围内,面形峰谷(PV)值优于λ/4(λ=632.8nm),面形均方根(RMS)值优于λ/22。使用ZYGO激光干涉仪对摆镜的面形进行检测,结果表明,在(20±5)℃温度范围内,摆镜面形的PV值优于λ/4,RMS值优于λ/29,满足激光通信天线RMS为λ/15的指标要求。

摘要：针对水下无线光通信系统对准困难以及光斑均匀性较差的问题,基于自由曲面设计理论设计了一种能产生矩形光斑的光学天线。仿真结果表明,当透镜与目标面的距离为10 m时,该自由曲面透镜能产生均匀度达到87.3%的矩形光斑,光能利用率为93.4%。将该自由曲面透镜应用于水下发射天线,当接收机灵敏度为-30 dBm、接收孔径为50 mm时,浑浊海水的最大通信距离为2.3 m,纯水、清澈海水的最大通信距离大于10 m。用三组自由曲面透镜组成的360°全覆盖全向光学发射天线产生的光斑边缘均匀度相比单一发射天线由17.4%提高到35.2%,提高了水下光通信链路的稳定性,为解决水下无线光通信中的对准问题提供了新思路。

摘要：为了降低多节点激光通信天线的工作包络尺寸、提高二维摆镜的运动控制精度,避免镜体材料与支撑材料性能差异引起的面形改变,提出了一种包含支撑结构的"一体式"轻量化摆镜。采用高体分SiC/Al作为材料,进行了摆镜以及支撑结构的一体化设计,提高了摆镜面形的力、热稳定性,可直接连接转台俯仰轴座,使摆镜回转中心距镜面的距离缩短至20 mm。有限元分析表明,"一体式"摆镜基频为1 337 Hz,在(20±5)℃工作温度范围内,面形误差峰谷值(PV)优于0.121λ,面形误差均方根值(RMS)优于0.031λ。使用ZYGO干涉仪对摆镜的面形进行检测,结果表明在(20±5)℃温度范围内摆镜面形PV值优于0.163λ,RMS值优于0.029λ,满足激光通信天线对于摆镜面形λ/25(RMS)的指标要求。

摘要：捕获是激光通信建立的必要手段,为探索通信中光学系统各像差对捕获性能的影响,从信标光传输过程和激光通信像质评价方式出发,分析了单色像差均方根小于0.2λ时对捕获质心处光强的影响,采用质心和加权质心方法计算了彗差、倾斜(畸变)所造成的捕获偏差;同时分析了各种单色像差之间对质心光强、捕获偏差的补偿关系。分析表明离焦能对球差、像散造成的质心光强下降有较好的补偿作用,畸变产生的捕获偏差可以用彗差进行完全补偿。采用Zemax软件设计了卡塞格林式和离轴三反(TMA)通信天线系统,利用该方法计算了在视场小于0.3°、像差综合作用时捕获的质心光强和引入的捕获偏差。计算结果很好地验证了分析结论,这些结论对空间激光天线选型、像质优化策略具有一定的借鉴作用。

摘要：受空间所限,激光通信地面测试平台与被测终端之间的距离远小于实际通信距离,导致测试平台光机等器件产生的后向散射杂光进入被测终端,从而严重影响被测终端的测试性能。从被测终端与测试平台间的光学干扰问题出发,本文研究了被测终端与测试平台间隔离度的关系,分别设计了卡塞格林和离轴三反光学天线,并根据杂散光传输模型,采用杂散光分析软件分析了光学天线结构形式及表面粗糙度两方面对隔离度的影响。分析结果表明,采用离轴三反光学天线时的隔离度明显高于卡塞格林光学天线,且隔离度随着光学表面粗糙度的减小而增大,当光学表面的粗糙度达到0.892 nm时,隔离度可达-86.22 dB。最后,推导了ABg模型与Harvey模型参数间的关系,并根据粗糙度与TIS计算公式,得出粗糙度分别为0.7 nm及0.5 nm的ABg模型参数,它们的终端间隔离度分别为-94.39 dB和-97.3 dB,实现了-90 dB的隔离度指标。

摘要：为了满足空间多节点激光通信系统的研制与调试要求,提出了一种多用途激光通信光学天线。通过替换透镜或分光组件,实现激光通信光学天线与自准直平行光管功能的切换。对主镜室进行加强设计,提高了系统整体刚度并使其具有遮光罩的功能。主镜室前端面与盘式次镜架连接,方便光学系统的装校工作,内部通过6个粘接点与主镜相连,后端面连接主镜室背板,以提供透镜组件、分光组件及主镜辅助支撑组件的安装接口。有限元分析结果表明,本结构1阶模态为345 Hz,环境温度在20℃±5℃范围内,主镜面形误差均方根值优于λ/28。使用4维(4D)干涉仪对系统波像差进行检测,结果表明,激光通信光学天线工作模式下系统波前均方根值优于λ/14,能够满足激光通信系统的指标要求。

摘要：介绍了大气紫外光通信的特点和光学天线的性能指标,仿真分析了传统的复合抛物面聚光器(CPC)和半球透镜在非视距紫外信道中的聚光性能,设计了一种二级接收的光学聚光系统,并使用ZEMAX软件进行光线追迹,对其光学增益及视场进行分析。结果表明,这种二级光学系统有较高的增益及较大的视场,适合作为非视距紫外光通信中的光学天线。

摘要：对于任何通信系统而言,天线能否正确发射和接收有效信号是人们最为关心的问题。对于点对点的激光通信系统而言,由于激光与电波迥然不同的特点,在天线系统的设计上更需严格要求。在空间光通信系统中,光学天线是一个物镜系统,通过折射、反射和折射-反射光学系统实现,目前应用比较广泛的是牛顿系统、格林系统以及卡塞格伦系统。讨论了卡塞格伦天线系统,该系统的结构(双反射式)决定了存在遮挡比造成光能量浪费的潜在问题,也就是所谓的渐晕现象。另一个问题是像差,也就是卡塞格伦天线系统要获得良好的像质必须以牺牲视场为代价。基于这两点提出了减小渐晕的几种新方案,并从减小像差上进行了理论分析。

摘要：无线激光通信(WLC),又称自由空间通信或者大气激光通信,是一种以激光为载体的点对点通信.本文介绍了无线激光通信系统的工作原理,通过计算得出了系统的通信能力和通信质量将主要取决于激光光束的传播情况的结论,讨论了系统通信波长的选取,其发射系统,光学天线以及接收系统的设计关键,以及无线激光通信和当前主流通信方式的比较,展望了无线激光通信系统广阔的发展前景。