[发明专利]一种折射式猫眼光学结构

说明书

本发明公开一种折射式猫眼光学结构，其特征在于：包括光学透镜组和反射面；在所述的光学透镜组内设置孔径光阑，由孔径光阑控制入射激光光束传播路径；所述的反射面置于光学透镜组的焦平面上；所述的光学透镜组包括：产生负球差的第一透镜，其物侧表面为凸面及像侧表面为凸面；产生正球差的第二透镜，其物侧表面为凹面及像侧表面为凸面；产生负球差的第三透镜，其物侧表面为凸面及像侧表面为凸面；产生正球差的第四透镜，其物侧表面为凸面及像侧表面为凹面；所述的第一透镜，第二透镜，第三透镜、第四透镜依次共光轴分离式设置。本发明的有益效果如下：安装灵敏度低，降低该折射式猫眼光学结构安装难度、结构简单、易制造、视场角大。

技术领域

本发明涉及激光通信领域，尤其涉及一种折射式猫眼光学结构。

背景技术

激光通信也称自由空间光通信(FSO，Free Space Optic)是利用光在自由空间传播以实现信息传递的光通信技术。近二十年来，自由空间光通信技术获得了长足的进步，在很多领域获得了应用。在军事通信中，利用激光进行自由空间通信是对抗电磁干扰和电子攻击的一种有效手段。传统的激光通信链路需要两端都装载激光发射接收系统以及复杂的捕跟系统，导致机端质量体积功耗等增加，成为一定程度上制约激光通信的应用。基于逆向调制器MRR(Modulating Retro-Reflector)的空间激光通信系统可以免去链路中的一个终端的激光发射器和捕跟系统，从而减轻链路一端的质量、体积和功耗，同时方便快速捕获对准，对于无人机、小卫星、浮标等对体积、载重和功耗有严格限制的小平台应用具有重要意义。近几年逆向调制激光通信的研究受到国内外关注，国外已对铁电液晶、MEMS、量子阱电吸收等逆向调制器进行了深入研究，建立了几千米级的自由空间光通信链路，并计划利用逆向调制技术建立中心数据采集空间通信网络。常用的逆向反射器有角管式和猫眼式。角管式逆向反射器结构原理图如图1所示，是三个互相垂直的平面反射镜构成，任一入射光学经过三个平面镜的反射都可以原路返回，具有良好的后向反射特性，任意改变其中一个面的反射率，就可以改变回波强度。“猫眼”反射器通常有两种结构形式，一种是球形“猫眼”如图2所示，另一种就是分离式“猫眼”如图3所示，分离式猫眼结构有折射式结构、反射式结构、折反射式结构；猫眼式逆向反射器其原理是利用“猫眼”原理，将入射光沿原路返回，其实现方法是在凸透镜的焦平面处放置一块平面发射镜。角管式逆向反射器比“猫眼”式的视场角大，但是与角管式逆向反射器结合的调制器其尺寸要和角管棱镜尺寸相当。

现有的逆向反射器角管式、球形猫眼式，需要反射器的尺寸较大，降低了调制速率，反射式与折反射式结构存在中心遮挡，系统装配复杂，成本高，进入系统的杂散光多等问题。对于单个透镜的折射系统，无法校正球差，双胶合的折射系统不能校正像散、场区、和畸变等轴外像差，所以视场一般不能超过8°～10°。

现有的逆向反射器无论是角管式和还是球形猫眼式，都存在安装灵敏度高，且工程实现难，很难做到大视场、小体积结构，且有像差的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种折射式猫眼光学结构，可以满足在视场角15°以上，搜索距离15Km内的激光器打出波长850-1550nm的光线并实现光的逆向回传，其光学系统安装灵敏度低、全通光孔径、无中心遮挡、结构设计简单、小体积、像质优化潜质大等优点。

为达到上述目的，本发明提供一种折射式猫眼光学结构，包括光学透镜组和反射面；在所述的光学透镜组内设置孔径光阑，由孔径光阑控制入射激光光束宽度；所述的反射面置于光学透镜组的焦平面上；所述的光学透镜组包括

产生负球差的第一透镜，其物侧表面为凸面及像侧表面为凸面；

产生正球差的第二透镜，其物侧表面为凹面及像侧表面为凸面；

产生负球差的第三透镜，其物侧表面为凸面及像侧表面为凸面；

产生正球差的第四透镜，其物侧表面为凹面及像侧表面为凸面；