[发明专利]一种小型化空间激光通信终端光学系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种小型化空间激光通信终端光学系统及使用方法。该光学系统对望远镜单元、中继光路单元在坐标系为XYZ的空间上进行巧妙布局，利用望远镜单元中的望远镜折轴镜、转台折轴镜，以及中继光路单元的中继折轴镜的三次反射构成二维转动的俯仰轴和方位轴，望远镜单元通过绕俯仰轴和方位轴转动实现光学系统的指向瞄准。在空间布局上，望远镜单元布局在中继光路单元的上方或下方，通过布置中继光路单元的反射镜与分光镜，使中继光路单元中各光学器件分布在光束入口的两侧，从而压缩了中继光路的尺寸，从而使中继光路在XY平面的投影包络与望远系统的投影包络相当，减少整系统的包络尺寸，实现了小型化设计。

技术领域

本发明涉及空间激光通信领域，具体涉及一种小型化空间激光通信终端光学系统及使用方法。

背景技术

空间激光通信终端安装在卫星等飞行器上，用于实现星间的激光通信。空间激光通信终端需要二维转动机构来实现空间精密指向、对准等功能。

目前空间激光通信终端常用的二维转动光学系统有以下两种方式：

1)潜望式：光学系统置于二维转动机构之后，通过二维轴系结构带动两块反射镜实现终端的指向瞄准。这种形式要求轴系内部尺寸大于望远镜口径，需要两块大尺寸折轴反射镜(1.4倍望远镜口径)，不利于终端的小型化设计。

2)经纬仪式：经纬仪式结构需要通过库德光路连接望远镜和中继光路，整个光路需要至少五次折转，结构复杂，不利于系统的小型化。

发明内容

为了解决现有空间激光通信终端的二维转动光学系统结构复杂、不利于小型化的问题，本发明提出了一种具有二维转动轴的小型化空间激光通信终端光学系统。

本发明的具体技术方案是：

本发明提出了一种具有二维转动轴的小型化空间激光通信终端光学系统，望远镜单元和中继光路单元；望远镜单元整体位于中继光路单元上方或下方；

望远物镜包括主反射镜、次反射镜以及望远折轴镜；

次反射镜位于主反射镜的反射光路上，望远折轴镜位于次反射镜的反射光路上；

主反射镜为偶次非球面镜，且主反射镜的范数F为0.8～1.5之间，其目的是为了减小望远物镜轴向尺寸的同时便于加工。

次反射镜为非球面镜，望远折轴镜为平面反射镜；

目镜设置在望远折轴镜和转台折轴镜之间，且望远折轴镜、目镜和转台折轴镜三者共同所在的光路构成俯仰轴Z1；

中继光路单元包括中继折轴镜M1、精跟踪振镜M2、第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、捕跟支路镜组、精跟踪支路镜组、通信接收镜组、通信发射镜组以及提前量振镜M3；

中继折轴镜M1设置在所述转台折轴镜的反射光路上，且中继折轴镜M1和所述转台折轴镜之间的光路构成与所述俯仰轴Z1正交的方位轴Z2；

中继折轴镜M1的反射光路上设置精跟踪振镜M2；精跟踪振镜M2的反射光路上设置第一分光镜；第一分光镜的透射光路上设置捕跟支路镜组，第一分光镜的反射光路上设置第二分光镜；第二分光镜的透射光路上设置第三分光镜；第三分光镜的的透射光路上设置通信接收镜组，第三分光镜的反射光路上设置精跟踪支路镜组；

通信发射镜组用于对光束进行准直并通过提前量振镜M3反射至第二分光镜的反射面上；

其中，望远镜单元的出瞳和中继光路单元的入瞳位置相重合，记为位置S2，且位置S2位于精跟踪振镜M2附近；

望远物镜、目镜分别绕着俯仰轴Z1、方位轴Z2旋转，或者同时绕着俯仰轴Z1、方位轴Z2旋转。