[发明专利]一种基模高斯激光远场发散角测试方法及机构

说明书

本发明公开了一种基摸高斯激光远场发散角测试方法及机构，属于激光通信系统测试技术领域，本发明基摸高斯激光远场发散角测试机构包括：承载镜筒的方位俯仰调整台、设置在方位俯仰调整台一侧用于衰减待测激光的光衰减器；以及设置在方位俯仰调整台另一侧的自准直仪；镜筒位于自准直仪侧安装有红外相机、镜筒位于光衰减器侧安装有施密特校正板；待测激光光路经过光衰减器、施密特校正板后入射到镜筒内、并在镜筒内依次经过主镜、次镜反射后打到红外相机靶面，且次镜设置在主镜位于施密特校正板侧，本发明基于施密特‑卡塞格林成像镜头，具有测量精度高、口径大、焦距长，有利于减轻衍射对测量结果的影响；结构紧凑、测量时装调难度低的有益效果。

技术领域

本发明涉及激光通信系统测试技术领域，尤其涉及一种基摸高斯激光远场发散角测试方法及机构。

背景技术

在空间激光通信领域中，信号光通常为基模高斯激光，其远场发散角是非常重要的一个参数：远场发散角小，则到达接收端的能量更为集中，有利于提高通信速率，增大通信距离，但会降低激光通信链路对指向误差和大气湍流所造成光束抖动的鲁棒性；远场发散角大，则到达接收端的能量更为发散，对通信速率和通信距离均存在不利影响，但相应的，激光通信链路对指向误差和大气湍流所造成光束抖动的鲁棒性将得以提升。因此，针对不同通信场景，激光通信系统信号光发散角的差异较大，能够方便高效地对激光远场发散角进行精确测量具有重要的意义；

目前，测量基模高斯激光远场发散角的方法可以归结为三大类：①拟合法，通过直接或间接测量激光束腰半径w₀，根据远场发散角公式θ＝2λ/πw₀，计算得出发散角；②CCD法，借助聚焦光学元件将待测激光成像在相机上，用相机在焦平面上测得的光斑直径d除以相机焦距f计算得到远场发散角θ＝d/f；③远场广角法，在远大于瑞利长度的距离下放置漫反射板接收待测激光，并用相机观察漫反射板上的光斑，用光斑直径d除以距离z得到远场发散角θ＝d/z；

第一类方法需要在不同的位置处测量光束宽度(GBT 26599.1-2011中规定至少为10个位置)，之后对各位置处的光束宽度进行双曲线拟合从而得到束腰半径，进而计算远场发散角。此类方法需要测量的数据量大，影响了测量的效率，且测量时光强的变化也将影响测量的结果。第二类方法中所用的相机和成像镜头在调节时需要对无限远成像，相机位置固定，位于后焦面处，而测量时无法将待测激光的束腰准确放在聚焦光学元件的前焦面处，因此经聚焦光学元件变换后的待测激光束腰位置也并不在聚焦光学元件的后焦面上，此时位于后焦面的相机所测的光斑偏大，导致计算得到的远场发散角也偏大。第三类方法适合测量大发散角(几十mrad)的激光束，对于激光通信中常用的几百μrad甚至几十μrad的激光，其瑞利长度可达几十米，这不仅限制了此类方法在实验室中的实施，而且过长的传输距离也使光束受到空气湍流和温度梯度的影响，进而对测量结果造成不利影响；

对激光通信中常用的激光光源，其出射光的束腰直径通常在4mm～132mm之间(对应的远场发散角为500μrad～15μrad)，在用CCD法测量此类激光的远场发散角时，一是要尽可能使聚焦光学元件的口径大于光束直径，否则像面光斑的大小将不仅受到光束发散角的影响，还将受到衍射造成的艾里斑的影响，使测量结果偏大。二是要尽可能增大聚焦光学元件的焦距，以增大像面的光斑直径，提高测量精度；

因此，在测量激光通信光源的远场发散角时，需要一种大口径、长焦距的聚焦光学元件，以减轻衍射对测量结果的影响，并在保证测量精度的前提下，提高测量效率，减少测量所需的数据量。

发明内容