[发明专利]具有光轴自校准的量子通信ATP精跟踪系统及校准方法

摘要

本发明公开一种具有光轴自校准的量子通信ATP精跟踪系统及校准方法，用以纠正因发射振动、在轨失重、热梯度等原因引起的量子光发射光轴中心与精跟踪相机视场中心不一致。它采用由角锥棱镜、快速指向镜、CMOS相机、量子发射模块以及分色片等组成的精跟踪系统，利用光纤合束器在量子发射模块中引入一路其他波长的强光作为自校准光。仪器工作之前在轨择机将自校准光引入相机成像，计算光斑质心位置，作为跟踪外部目标时的视轴中心。依此建立的星间或星地光链路，可使ATP系统在捕获并精确跟踪到接收端目标的同时，准确将量子信号沿光链路发送到接收端，保证顺利实现空间尺度量子通信。

主权项

一种具有光轴自校准的量子通信ATP精跟踪系统，它包括：量子激光器(1)、自校准强光激光器(2)、光纤合束器(3)、非球面准直镜(5)、带通滤光片(6)、角锥棱镜(7)、分色片(8)、双峰滤光片(9)、精跟踪相机(10)、非球面会聚镜(11)、精跟踪快速指向镜(12)和接收望远镜(13)，其特征在于：所述的量子激光器(1)是波长在红外800至900nm波段激光器，发射发散角20至40μrad；所述的自校准强光激光器(2)为波长在可见光波段的激光器，能量毫瓦量级；所述的光纤合束器(3)为二合一合束器；所述的非球面准直镜(5)是焦距为11mm非球面准直镜，所述的非球面会聚镜(11)是焦距为11mm非球面透镜；所述的带通滤光片(6)对自校准强光激光器(2)的光波段透明，对量子激光器(1)光波段衰减；所述的分色片(8)反射自校准光，透过量子光；所述的双峰滤光片(9)透过自校准光和对方通信终端信标光；所述的精跟踪相机(10)采用面阵CMOS探测器，帧频1～2KHz；所述的精跟踪快速指向镜(12)为采用压电陶瓷驱动的快速指向镜；所述的接收望远镜(13)是透射式或反射式望远镜系统；系统中量子激光器(1)发出的量子光通过光纤合束器(3)耦合进入输出光纤，通过非球面准直镜(5)将光纤中的量子光转换成平行光，射向带通滤光片(6)；带通滤光片将量子光衰减至适于量子通信的能量级别，射向分色片(8)；量子光大部分透过分色片再射向精跟踪快速指向镜(12)，进一步发射至望远镜(13)由它发射出去；系统中自校准强光激光器(2)发出的自校准光通过光纤合束器(3)耦合进入输出光纤，通过非球面准直镜(5)将光纤中的量子光转换成平行光，射向带通滤光片(6)；透过带通滤光片(6)后射向分色片(8)，自校准光大部分由分色片反射至角锥棱镜(7)；角锥棱镜将自校准光按原入射光路反射回去；反射回来的自校准光有一小部分会透过分色片，通过双峰滤光片(9)以及非球面会聚镜(11)最后进入精跟踪相机。