[发明专利]一种空间光通信系统收发轴一致性的校准装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于空间光通信系统参数测量技术领域，尤其涉及的是一种空间光通信系统收发轴一致性的校准装置及方法。

背景技术

空间光通信是以激光作为信息载体在空间进行高速数据传输的通信方式，具有容量大、速率高、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、保密性和安全性好等优点。目前，空间激光通信系统大多是采用收发共用同一天线的光学系统，由于空间激光通信光束达到或接近衍射极限，其光束发散角一般为几十个微弧度，而进行通信的两个空间激光通信端机通常处于相对运动和振动的条件下实现高精度的瞄准和跟踪，这对空间激光通信端机发射轴与接收轴的一致性提出了非常高的要求，一般要求达到通信光束束散角的1/6～1/8，为几个微弧度。因此，需要在空间激光通信端机加工装调完成后对其发射轴与接收轴的一致性进行测量校准。

目前，在光学系统的收发轴一致性的测量方法中，主要是针对空间激光通信光学天线装调过程应用的，缺少在空间激光通信装调完成后对发射轴与接收轴的一致性高精度的测量评价方法。例如，基于角锥棱镜的光束原路返回特性，把空间激光通信端机发射光束原路反射回端机的接收光路，以此作为基准对接收光路进行调整，使得发射轴与接收轴的尽量一致。但是角锥棱镜法存在着调整精度低、大孔径角锥棱镜难以加工等缺点，难以满足空间光通信系统高精度的瞄准和跟踪要求。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种空间光通信系统收发轴一致性的校准装置及方法。

本发明的技术方案如下：

一种空间光通信系统收发轴一致性的校准装置，其中，包括高倍率光束变换系统、平面反射镜、分束镜、高质量聚焦透镜、QD探测器、扫描反射镜、平行光束发射模块、五维调整机构及处理控制计算机；光电器件按照光传输方向相应排列，被测空间光通信终端位于高倍率光束变换系统之前，所述QD探测器位于高质量聚焦透镜后焦面上；所述QD探测器位于调整精度为1微米的五维调整机构上；校准过程为：

步骤1：检验平行参考光束经分束镜后的两臂光轴垂直，即QD探测器接收到两臂的光点完全重合：打开平行光束发射模块出射小口径平行光束，平行光束经扫描反射镜，1：1分束镜镜后，其中50％平行光束经分束镜反射后通过高倍率光束变换系统扩束为大口径平行光束，再由标准平面反射镜原路反射回，经高倍率光束变换系统、分束镜、高质量聚焦透镜后由QD探测器接收探测，另50％平行光束经分束镜透射后，由平面反射镜原路反射回，经分束镜反射由高质量聚焦透镜会聚后由QD探测器接收探测，调整扫描镜、平面反射镜、标准平面反射镜及五维调整机构使得平行光束平行于高倍率光束变换系统的光轴且经分束镜后的路光聚焦于QD探测器的同一点；

步骤2：被测空间光通信端机指向调整：将标准平面反射镜移走，替换为空间光通信端机，调整被测光端机系统光轴与高倍率光束变换系统光轴重合；

步骤3：空间光通信端机接收光轴测量：打开平行光束发射模块出射小口径平行光束，空间光通信端机接收探测，微调其指向，使得端机内的探测器接收到的光斑准确位于视场中心，记录此时QD探测器的光斑位置信息(x1,y1)；

步骤4：空间光通信端机发射光轴测量：关闭平行光束发射模块，打开空间光通信端机激光发射系统，记录此时QD探测器的光斑位置信息(x2,y2)；

步骤5：计算得出空间光通信端机发射光轴与接收光轴之间的偏差：空间光通信端机发射光轴与接收光轴之间偏差δ为：

δ＝((x2－x1)²+(y2－y1)²)^0.5/f

其中，f为光束变换系统1和聚焦透镜4的有效焦距。

所述的空间光通信系统收发轴一致性的校准装置，其中，所述高倍率光束变换系统的光轴与被测空间光通信终端的光轴平行并且有效口径大于被测空间光通信终端出射光束口径。

所述的空间光通信系统收发轴一致性的校准装置，其中，所述的平面反射镜其面形精度优于PVλ/20。

所述的空间光通信系统收发轴一致性的校准装置，其中，所述平行光束发射模块出射的标准平行光束达到衍射极限。

一种空间光通信系统收发轴一致性的校准方法，其中，包括以下步骤：