高功率激光辐照下光学天线的像质研究

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作者 李响 吴东宇 +4 位作者 孙梓庭 高亮 安岩 宋延嵩 董科研 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期78-88,共11页

离轴两反光学天线在高功率激光系统中起到改变光束直径的作用,而高功率激光加载下所产生的热效应使光学天线的像质劣化,严重影响高功率激光系统的性能。为量化其影响效果,建立了离轴两反光学天线的有限元分析模型,模拟高功率激光作用环... 离轴两反光学天线在高功率激光系统中起到改变光束直径的作用,而高功率激光加载下所产生的热效应使光学天线的像质劣化,严重影响高功率激光系统的性能。为量化其影响效果,建立了离轴两反光学天线的有限元分析模型,模拟高功率激光作用环境,完成了激光加载下的瞬态热分析以及静力学分析,并得到离轴两反光学天线激光加载时间对波前劣化的影响关系。使用齐次坐标变换的方法求解离轴主次镜的刚体位移,具体分析了各项刚体位移随加载时间的变化情况。通过Zernike多项式拟合的方法完成了镜面的波面拟合,将拟合结果导入ZEMAX中,最终得到了该光学天线在平均功率为1 000 W,重频为0.2 Hz,入光直径为30 mm的激光加载300 s下的波前均方差为0.064 6λ。为了进一步验证模型的准确性,使用较低功率(10 W)激光进行原理等效实验,结果表明光学天线在激光加载下实际波像差与模型仿真结果基本相符,偏差小于7.93%,该方法可以有效评价离轴两反天线在高功率激光加载下的像质劣化情况。 展开更多

关键词 激光光学 离轴两反光学天线 瞬态热分析 波像差 高能激光系统 激光热效应

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激光通信中光学天线的隔离度研究

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作者 马业辉 闫钧华 +1 位作者 张超 刘剑峰 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2024年第2期83-91,共9页

伴随激光通信组网和轻量化的需求以及收发一体化模式的普遍应用,实现光学天线发射和接收之间的高效隔离至关重要,为此文章对同轴天线与离轴天线的隔离度进行了研究。首先采用Code V光学设计软件分别设计了1550 nm波段的同轴天线和离轴... 伴随激光通信组网和轻量化的需求以及收发一体化模式的普遍应用,实现光学天线发射和接收之间的高效隔离至关重要,为此文章对同轴天线与离轴天线的隔离度进行了研究。首先采用Code V光学设计软件分别设计了1550 nm波段的同轴天线和离轴两反式天线,视场角为±1.5 mrad,接近衍射极限;再根据杂散光散射模型,利用分析软件进行光线追迹,模拟出隔离度;然后分别研究了在同轴天线次镜中心放置遮拦来规避开孔风险,以及在离轴天线中调整离轴量和曲率半径的方法,使同轴和离轴天线的隔离度分别提升至−69 dB和−89 dB。结果表明,上述方法均能够有效提升光学天线的隔离度。 展开更多

关键词 激光通信 光学天线 隔离度 杂散光

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自由空间光通信光学天线系统设计

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作者 陈志康 陈姝君 +2 位作者 吴骏一 包祖超 魏恒杰 《无线互联科技》 2024年第8期1-4,11,共5页

文章专注于光学天线发射系统的理论研究与实际设计,通过缩放法来计算光学系统的初始结构。选择卡塞格伦系统作为研究对象,该系统由一个抛物面主镜和一个双曲面副镜构成。通过使用Zemax软件进行模拟,文章构建了一款卡塞格伦发射系统,其... 文章专注于光学天线发射系统的理论研究与实际设计,通过缩放法来计算光学系统的初始结构。选择卡塞格伦系统作为研究对象,该系统由一个抛物面主镜和一个双曲面副镜构成。通过使用Zemax软件进行模拟,文章构建了一款卡塞格伦发射系统,其特点为体积小型化且像质优良。通过对系统结构进行优化,使得光斑弥散值为2.157μm,波前差为0.0166个波长,像质优良。模拟结果显示,该系统在5 km的距离上,发射功率可达174 MW,发射效率达到了87%。文章不仅提供了一种有效的光学天线设计方法,还对光学天线的实际应用有一定的指导意义。 展开更多

关键词 仪器科学与技术 自由空间光通信 光学天线技术 卡塞格伦天线结构 缩放法

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多波长星间激光通信中光学天线的效率分析 被引量：1

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作者 闻传花 苏洋 +1 位作者 李玉权 张永智 《微波学报》 CSCD 北大核心 2006年第B06期184-187,共4页

介绍了多波长星间激光通信系统中的光学天线,从电磁波辐射的角度,分析了光学天线的增益与指向角度及波长的关系。论证了星间激光通信需要极精确的指向角度。文中还对天线遮挡与光束束腰的关系进行了推导。

关键词 多波长星间激光通信 光学天线 指向角度.光学天线增益因子

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承载式激光通信光学天线 被引量：5

5

作者 李响 王守达 +2 位作者 张家齐 李小明 张立中 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期210-217,共8页

在保证"一对多"激光通信终端光学天线的成像质量前提下,为解决光学天线两端面承担载荷的技术问题,提出了一种用于卫星平台的可承载式激光通信光学天线。对主镜组件、可承载式遮光罩及次镜支撑桁架的结构形式以及连接方式进行... 在保证"一对多"激光通信终端光学天线的成像质量前提下,为解决光学天线两端面承担载荷的技术问题,提出了一种用于卫星平台的可承载式激光通信光学天线。对主镜组件、可承载式遮光罩及次镜支撑桁架的结构形式以及连接方式进行正对性设计,保证主镜面形精度以及次镜的位置精度。使用ANSYS有限元分析软件进行分析,结果表明:整机一阶模态151.54 Hz;光学天线前端可承载8.5 kg,后端面可承载13 kg;径向1 g自身重力及两端承载工况下,主镜面形精度RMS值(均方根误差)为λ/158、PV值(最大峰谷误差)λ/30,次镜最大倾角1.88″;在(20±5)℃环境温度、轴向1 g自身重力及两端承载工况下,主镜面形精度RMS为λ/65、PV为λ/14,次镜最大倾角1.21″,该天线承载后具有较好的力、热稳定性以及成像质量,可以满足天线在地面装调、检测以及发射过程中的指标要求。采用质量块模拟两端负载质量及重心位置,使用ZYGO干涉仪进行测试,结果表明系统波相差能够满足1 g重力及负载条件下,系统波相差RMS值优于λ/15的指标要求。 展开更多

关键词 激光通信 光学天线 有限元分析 遮光罩 面形精度

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光纤脉冲相干激光测风雷达光学天线特性分析 被引量：4

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作者 彭涛 陈涌 +5 位作者 赵培娥 陈春利 杜赛 王茜 范成博 周鼎富 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期511-515,共5页

为了提高光纤脉冲相干激光测风雷达性能,采用数学建模的方法来分析光学天线特性。利用后向传播本振原理,讨论光学天线口径对系统载噪比的影响,以及光瞳截断比对天线效率的影响;提出光学接收耦合效率的定义,研究不同大气折射率结构常数... 为了提高光纤脉冲相干激光测风雷达性能,采用数学建模的方法来分析光学天线特性。利用后向传播本振原理,讨论光学天线口径对系统载噪比的影响,以及光瞳截断比对天线效率的影响;提出光学接收耦合效率的定义,研究不同大气折射率结构常数条件对耦合效率和测程的影响;通过搭建实验平台,测量不同距离门内的载噪比和频谱强度等参数,验证了仿真结果。结果表明,当远场探测距离在7km~10km范围内变化时,天线最优口径为100mm,光瞳截断比最优值为0.8;相较弱湍流情况,强湍流会使同一系统测程下降近30%。此研究为光学天线的优化设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 激光技术 光学天线 实验分析 大气湍流

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卡塞格伦光学天线光传输特性研究 被引量：5

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作者 何文森 杨华军 江萍 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期280-284,共5页

对卡塞格伦光学天线光传输特性进行了理论分析,重点研究了影响光学天线光传输质量的几个重要因素,并进行了测试结果与仿真验证。为实际研究大气激光通信系统中光学天线的光传输特性提供了理论依据,具有重要的实用价值。

关键词 卡塞格伦光学天线 激光束 传输特性 天线增益因子

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自动跟瞄10.6μm光学天线的设计与调试 被引量：2

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作者 刘华 何毅 胡渝 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第3期293-295,共3页

从宽带数字光波通信系统的要求出发，经计算设计出收发合一，具有自动搜索、跟踪、定位功能的离轴折反式光学天线。同时还给出天线实用外场的调试方法及其经验。所得实验结果表明，该光学天线完全符合通信系统的要求。

关键词 光波通信 自动搜索 跟踪 定位 光学天线

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一种相控阵光学天线设计方法 被引量：2

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作者 朱勇 李玉权 武欣嵘 《微波学报》 CSCD 北大核心 2008年第1期47-51,共5页

相控阵天线可实现波束的电控扫描,已在微波波段获得广泛应用。但在光波波段,由于波长短引入的大电尺寸问题影响了相控阵的应用。本文提出了一种相控阵光学天线设计方法,通过增大阵列栅距大幅减少阵元数量,并通过设计阵元辐射特性抑制大... 相控阵天线可实现波束的电控扫描,已在微波波段获得广泛应用。但在光波波段,由于波长短引入的大电尺寸问题影响了相控阵的应用。本文提出了一种相控阵光学天线设计方法,通过增大阵列栅距大幅减少阵元数量,并通过设计阵元辐射特性抑制大栅距产生的栅瓣,显著增强相控阵光学天线的可实现性,该方法的代价为限制了天线的扫描范围。此外,还提出了通过模2π的方法降低光学移相器的实现难度,并论证了该方法在光波波段的合理性和可行性。 展开更多

关键词 相控阵 光学天线 空间光通信 激光雷达

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卡塞格伦光学天线系统的光传输特性分析 被引量：1

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作者 何文森 杨华军 +2 位作者 江萍 王冰 罗志华 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期40-41,共2页

对激光束经卡塞格伦光学天线系统后光传输特性进行了理论分析和仿真,研究了影响它的一些因素。建立了卡塞格伦光学天线系统的测试平台,对天线的偏轴、热变形和像差等因素对天线的传输效率的影响进行了实验测试,并提出了改进措施。

关键词 空间激光通信 卡塞格伦光学天线 光传输特性

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共口径偏振复用激光通信光学天线分光束结构设计 被引量：1

11

作者 刘壮 王超 +1 位作者 江伦 史浩东 《光通信技术》 北大核心 2020年第10期16-19,共4页

针对共口径偏振复用空间激光通信光学天线采用双色分光片分光而浪费高效率波段的问题,利用偏振分光棱镜、法拉第旋光器等器件设计了一种分光束结构。根据现有空间激光通信器件参数,分析了空间激光通信系统对分光束结构的隔离度的需求,... 针对共口径偏振复用空间激光通信光学天线采用双色分光片分光而浪费高效率波段的问题,利用偏振分光棱镜、法拉第旋光器等器件设计了一种分光束结构。根据现有空间激光通信器件参数,分析了空间激光通信系统对分光束结构的隔离度的需求,计算了该结构的隔离度与光学损耗,并分析了其适用范围。计算结果表明该结构可以应用于共口径偏振复用空间激光通信光学系统。 展开更多

关键词 光学天线 光学设计 共口径 偏振复用 隔离度 光学损耗

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小型光学天线系统光传输特性测试平台研究

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作者 何文森 杨华军 +2 位作者 江萍 柯莎莎 毛盛乾 《大学物理》 北大核心 2015年第6期38-43,共6页

利用牛顿反射式光学天线对接系统构建了光传输测试平台,重点研究了高精度准直,牛顿反射式光学天线及其光传输特性等主要内容;得到了激光632.8 nm波长的天线效率、天线耦合效率和光纤耦合岀射三维光斑测试结果与仿真验证.为实际研究大气... 利用牛顿反射式光学天线对接系统构建了光传输测试平台,重点研究了高精度准直,牛顿反射式光学天线及其光传输特性等主要内容;得到了激光632.8 nm波长的天线效率、天线耦合效率和光纤耦合岀射三维光斑测试结果与仿真验证.为实际研究大气激光通信系统中光学天线光传输特性提供了实验依据. 展开更多

关键词 空间光通信 牛顿光学天线 高精度准直系统 光传输特性

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空间激光通信离轴两镜反射望远镜自由曲面光学天线设计 被引量：18

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作者 关姝 王超 +3 位作者 佟首峰 姜会林 常帅 范雪冰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期136-143,共8页

同轴两反结构作为空间激光通信光学天线时常存在接收视场小、发射效率低等缺点。同时,因中心遮拦造成的能量损失,也会大大降低通信系统的瞄准和捕获概率。针对此缺陷,提出采用离轴两反天线结构并引入自由曲面设计以提高通信系统的性能... 同轴两反结构作为空间激光通信光学天线时常存在接收视场小、发射效率低等缺点。同时,因中心遮拦造成的能量损失,也会大大降低通信系统的瞄准和捕获概率。针对此缺陷,提出采用离轴两反天线结构并引入自由曲面设计以提高通信系统的性能。由初级像差理论推导得出离轴两反系统的初始结构,并采用Zernike多项式自由曲面面形,增加系统设计自由度,提高系统平衡像差的能力。给出入瞳口径与焦距相同的同轴两反和离轴两反系统的设计实例,并比较二者的光学传递函数MTF、点列图、衍射包围圆能量、波前误差等。结果表明:离轴两反自由曲面天线的像质明显优于同轴两反天线,因而该种天线结构的使用可提升空间激光通信系统的整体性能。 展开更多

关键词 空间激光通信 光学天线 离轴两镜反射结构 自由曲面

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Cassegrain光学天线系统的优化设计 被引量：2

14

作者 马晓军 王冰 +2 位作者 杨华军 江萍 张瑶 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期410-413,共4页

由于空间光通信中采用的激光束的光场分布呈高斯分布,反射镜对光线的遮挡将严重影响天线的传输效率,从而导致通信质量的下降,针对Cassegrain光学天线,对光学天线的系统结构以及次镜遮拦对天线增益的影响进行了分析,并根据高斯光束经过... 由于空间光通信中采用的激光束的光场分布呈高斯分布,反射镜对光线的遮挡将严重影响天线的传输效率,从而导致通信质量的下降,针对Cassegrain光学天线,对光学天线的系统结构以及次镜遮拦对天线增益的影响进行了分析,并根据高斯光束经过光学系统的变换与传输特性,分析了采用Cassegrain天线时,遮拦比以及入射光束束腰对光束透过率的影响,提出了一种提高光学天线传输效率的新方案,改进后的天线系统,使得传输效率有了显著提高。 展开更多

关键词 Cassegrain光学天线 遮挡 优化设计

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基于碳纳米管的纳米光学天线的特性分析 被引量：1

15

作者 孙玮 李德昌 姚向卫 《电子科技》 2010年第6期22-24,28,共4页

以碳纳米管为材料制备而成的纳米光学天线,可以将接收光波的范围缩小到亚波长尺度上,这样就扩大了太阳能面板接收光能量的波长范围,能够收集到红外线的能量,从而为纳米光子学提供了广阔的应用前景。

关键词 碳纳米管 纳米光学天线 红外线

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大容差中波红外激光通信终端光学天线研制 被引量：3

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作者 徐新瑞 孟祥翔 +2 位作者 吴世臣 王健隆 白素平 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期273-279,共7页

为了降低激光通信光学系统公差要求,节省研制成本,减小大气散射对激光通信链路的影响,采用波长工作在大气窗口的中红外激光器作为激光通信光源,研制了与之匹配的中波红外激光通信终端光学系统。首先,利用激光通信能量链路传输方程,根据... 为了降低激光通信光学系统公差要求,节省研制成本,减小大气散射对激光通信链路的影响,采用波长工作在大气窗口的中红外激光器作为激光通信光源,研制了与之匹配的中波红外激光通信终端光学系统。首先,利用激光通信能量链路传输方程,根据中波红外激光器光束参数和接收端探测器灵敏度,计算出光学天线口径、发散角等设计参数,并给出激光通信收发光学系统波像差要求。接着,利用ZEMAX软件进行了中红外激光通信收发光学系统的设计与公差分析,对两系统进行了加工、测试,完成了系统研制。测试结果显示,中红外激光通信发射光学天线光学传递函数与理论值最大偏离9.3%,接收光学系统波像差RMS为0.075λ(λ=4.7μm),满足设计要求。结果表明:采用中红外激光作为激光通信光源可降低光学天线的加工装调难度。 展开更多

关键词 激光通信 中波红外激光 光学天线 波像差

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经卡式光学天线发射的高斯光束衍射特性的研究 被引量：1

17

作者 刘龙飞 佟首峰 王超 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2015年第1期10-12,共3页

激光通信发射系统一般都是采用卡塞格林式望远镜作为发射天线,由于激光通信采用的光源波形为高斯光束,卡式光学系统的主次镜光学结构为环形结构,以往对均匀波经圆孔光阑后的衍射特性并不适用于激光通信。对基尔霍夫衍射公式进行了简化,... 激光通信发射系统一般都是采用卡塞格林式望远镜作为发射天线,由于激光通信采用的光源波形为高斯光束,卡式光学系统的主次镜光学结构为环形结构,以往对均匀波经圆孔光阑后的衍射特性并不适用于激光通信。对基尔霍夫衍射公式进行了简化,利用数值计算的方法,利用仿真软件得到了高斯光束通过卡式光学天线之后的远场衍射分布特性,并与近场菲涅尔衍射分布特性进行分析比对,给出了卡式光学结构的最佳遮拦比为0.2,理论上可以达到1.5倍的近衍射极限发射束散角,在工程计算中有一定的应用价值。 展开更多

关键词 卡式光学天线 遮拦比 高斯波 衍射

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卫星光通信关键技术与演示系统光学天线 被引量：2

18

作者 何毅 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第5期482-486,共5页

针对卫星间光通信链路需求，分析了卫星间激光通信系统关键技术分布。介绍具有自动跟瞄功能的激光通信系统光学天线构成方式，对主要性能参数进行了设计和计算。

关键词 卫星光通信 通信链路 光学天线

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光学天线跟踪性能测试方法研究 被引量：1

19

作者 赵克寒 张立中 王霞 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2015年第1期57-60,共4页

一对多激光通信组网技术是一种基于光学天线结构的激光通信网络技术,光学天线是一种能够实现对多个目标同时进行捕获、跟踪,并实现一对多通信的关键结构。为了保证组网技术的可靠性,设计了测试光学天线跟踪性能的一整套系统。系统中包... 一对多激光通信组网技术是一种基于光学天线结构的激光通信网络技术,光学天线是一种能够实现对多个目标同时进行捕获、跟踪,并实现一对多通信的关键结构。为了保证组网技术的可靠性,设计了测试光学天线跟踪性能的一整套系统。系统中包含两套目标模拟器结构,以激光信号为目标源提供给光学天线,从而测试光学天线的跟踪性能。根据测试效果及实验数据可判定此测试方法能够达到实用要求。 展开更多

关键词 激光通信 光学天线 跟踪性能 测试方法

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用于10μm微测辐射热计的红外光学天线设计 被引量：1

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作者 杨茜 楼群 +1 位作者 李锡明 伍瑞新 《微波学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期46-50,共5页

微测辐射热计利用热敏电阻对温度的敏感特性来实现红外探测,将光学天线场局域的能力应用于微测辐射热计,可以集中入射能量至热敏电阻,提高电阻的温度响应。基于这一思想设计了一种工作在红外波段的改进型蝶形光学天线,其中心场强最高可... 微测辐射热计利用热敏电阻对温度的敏感特性来实现红外探测,将光学天线场局域的能力应用于微测辐射热计,可以集中入射能量至热敏电阻,提高电阻的温度响应。基于这一思想设计了一种工作在红外波段的改进型蝶形光学天线,其中心场强最高可增强83倍。采用了多物理分析方法,结合两种常用的热敏材料(铝和氧化钒)对耦合结构的电磁特性和热学特性进行了分析。结果显示,在1000 W/m^2的入射功率密度下,铝温升可达1.85 mK,氧化钒温升0.85 mK,与同类工作相比温度响应增强了数倍。该改进型蝶形光学天线可用于微测辐射热计提升红外探测效率,在高密度红外成像器件应用中发挥作用。 展开更多

关键词 红外探测 场局域 光学天线 微测辐射热计

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