[发明专利]无波面畸变自由空间远距离激光传输模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及空间激光通信、空间激光雷达和空间激光武器等领域，特别是一种激光光束在自由空间远距离传输模拟的装置，主要用于空间激光应用系统激光发射波面在远场特性的模拟和检验。

背景技术

空间激光应用系统，包括空间激光通信、空间激光雷达和空间激光武器等，都对激光的发射波面有着非常高的要求，这是因为发射终端和目标之间的距离都很远，属于空间远场的范畴，所以其远场分布情况是整个系统性能中需要重点关注的。对于空间激光通信而言，远场分布情况直接决定了激光通信链路的性能，最终影响通信误码率；对于空间激光雷达而言，不仅会影响照明区域的强度分布，还会影响图像重建的质量；而对空间激光武器系统的影响就更为直接，远场的分布和激光武器的打击效果密切相关。但由于空间激光应用系统的作用距离为数百至数万公里，也不可能在空间在轨直接完成其远场分布的性能检测和验证，所以必须在地面实验室内搭建一套模拟系统用来模拟真实的在轨应用环境，在此基础上进行空间激光应用系统性能的检测验证。

目前，国内和国外对于自由空间远距离激光光束传输模拟基本都采用傅立叶变换物镜将发射终端的近场波面转化为其焦面上缩小的远场分布，然后采用成像放大和等比缩放的原理模拟几千公里至十几万公里的自由空间光束传输，这种方案可以准确的模拟出远场的强度分布图样，但是其波面和实际的远场分布不同，这对于空间相干激光通信和合成孔径激光成像雷达是不行的。后来中科院上海光机所等人提出了改进的模拟方案，即采用4-f成像放大系统代替之前的单透镜成像放大，这样可以有效的消除波面的畸变，但是系统的复杂度相对较高，实际装校比较困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种无波面畸变自由空间远距离激光传输模拟装置，以解决在实验室有限的空间内模拟激光在自由空间远距离传输的技术效果。应用于空间激光应用系统，包括空间激光通信、空间激光雷达和空间激光武器等领域，激光发射波面在远场特性的模拟和检验，对于空间激光应用系统的研制和发展具有很大的应用价值。

本发明的技术构思是：激光光束远距离传输有两个重要特性，一是远场的强度分布，二是远场的波面分布。本发明采用傅立叶变换物镜将近场激光发射波面在其焦平面上转化为缩小的远场分布，然后采用单透镜成像放大系统将缩小的远场分布进行放大，采用带可调衰减器的单模保偏光纤进行小孔采样，模拟自由空间远距离传输的强度分布，然后采用准直平行光管将保偏光纤输出的点光源进行准直，模拟自由空间远距离传输的远场平面波，将光纤头在焦平面上振动，以产生出射平面波的快速扫描，用来模拟运载平台的振动情况。

本发明的技术解决方案如下：

一种无波面畸变自由空间远距离激光传输模拟装置，特点在于其构成包括：长焦距傅立叶透镜、成像放大透镜、可调衰减器的单模保偏光纤、光纤头快速振动装置和激光准直透镜，其位置关系如下：

在第一被测激光通信终端和第二被测激光通信终端之间，沿光路方向依次是长焦距傅立叶透镜、成像放大透镜、可调衰减器的单模保偏光纤、光纤头快速振动装置和激光准直透镜，所述的长焦距傅立叶透镜的前焦面和第一被测激光通信终端的发射系统的出瞳面重合；所述的成像放大透镜的放大倍率为M，该成像放大透镜的物距就是长焦距傅立叶变换透镜的后焦面离成像放大透镜物方主面的距离，该成像放大透镜的像平面和所述的可调衰减器的单模保偏光纤的输入端面重合；该可调衰减器的单模保偏光纤的输出端置于所述的光纤头快速振动装置上，在该光纤头快速振动装置的驱动电机的驱动下，带动所述的可调衰减器的单模保偏光纤的输出端的光纤头快速振动，该可调衰减器的单模保偏光纤的输出端面和所述的激光准直透镜的前焦平面重合，经所述的激光准直透镜输出的平面波由所述的第二被测激光通信终端接收。

所述的驱动电机为压电陶瓷驱动器，或其它类型的快速驱动器。

本发明的技术效果：

本发明无波面畸变自由空间远距离激光传输模拟装置，利用光学傅立叶变换、光学成像放大器、小孔采样、光强衰减和激光准直技术实现了光束的远距离传输光强和相位分布的物理模拟，采用压电陶瓷驱动器带动输出光纤头在激光准直平行光管的前焦面内运动模拟接收激光通信终端运载平台的振动。本发明可应用于卫星激光通信终端的链路通信性能和振动抑制性能的实验室检测，对于空间激光通信终端的研制和发展具有很大的应用价值。

附图说明

图1为本发明无波面畸变自由空间远距离激光传输模拟装置实施例的光路示意图。