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星间激光通信终端光学天线的隔离度

杨成龙 颜昌翔 杨宇飞

杨成龙, 颜昌翔, 杨宇飞. 星间激光通信终端光学天线的隔离度[J]. 中国光学(中英文), 2017, 10(4): 462-468. doi: 10.3788/CO.20171001.0462
引用本文: 杨成龙, 颜昌翔, 杨宇飞. 星间激光通信终端光学天线的隔离度[J]. 中国光学(中英文), 2017, 10(4): 462-468. doi: 10.3788/CO.20171001.0462
YANG Cheng-long, YAN Chang-xiang, YANG Yu-fei. Isolation of optical antenna of inter-satellites laser communication terminals[J]. Chinese Optics, 2017, 10(4): 462-468. doi: 10.3788/CO.20171001.0462
Citation: YANG Cheng-long, YAN Chang-xiang, YANG Yu-fei. Isolation of optical antenna of inter-satellites laser communication terminals[J]. Chinese Optics, 2017, 10(4): 462-468. doi: 10.3788/CO.20171001.0462

星间激光通信终端光学天线的隔离度

doi: 10.3788/CO.20171001.0462
基金项目: 

国家高技术研究发展计划(863计划) 2011AA12A103

详细信息
    作者简介:

    杨成龙(1991-), 男, 吉林省吉林市人, 硕士研究生, 2014年于天津大学获得学士学位, 主要从事星间激光通信光学系统设计及杂散光方面的研究。E-mail:yangcl_1991@163.com

    颜昌翔(1973-), 男, 湖北洪湖人, 研究员, 2001年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位, 主要从事空间光学遥感技术方面的研究

    通讯作者:

    颜昌翔, E-mail:yancx@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TN929.13

Isolation of optical antenna of inter-satellites laser communication terminals

Funds: 

National High Technology Research and Development Program of China 2011AA12A103

More Information
  • 摘要: 为满足星间激光通信对高隔离水平光学天线的要求,实现对光学天线隔离度的仿真分析和优化,提出了一种将红外系统冷反射的特征控制量YNI值作为衡量光学元件表面后向反射能量强度,并控制光学天线优化以提高隔离度水平的方法。在LightTools软件中为某激光通信终端的卡塞格林天线创建了实体模型,通过仿真分析得出了各元件表面的后向反射率。在ZEMAX软件中以增大各元件表面的YNI值为目标优化天线结构。对比优化前后的结果,系统的后向反射率从3.068 8×10-4减小到1.075 5×10-5,隔离度从-35.13 dB减小到-49.68 dB。优化后的卡塞格林天线具备较高的隔离度水平,可用于星间激光通信。

     

  • 图 1  后向反射率的定义

    Figure 1.  Definition of back-reflection ratio

    图 2  入射角为0°时的光学系统

    Figure 2.  Schematic diagram of optical system when incident angle is zero

    图 3  入射高度为0时的光学系统

    Figure 3.  Schematic diagram of optical system when incident height is zero

    图 4  卡塞格林天线结构

    Figure 4.  Structure of Cassegrain antenna

    图 5  卡塞格林天线的调制传递函数曲线

    Figure 5.  MTF curves of Cassegrain antenna

    图 6  卡塞格林天线的光线追迹

    Figure 6.  Ray tracing of Cassegrain antenna

    图 7  优化后的天线结构

    Figure 7.  Structure of optimized antenna

    图 8  优化后系统的调制传递函数曲线

    Figure 8.  MTF curves of optimized system

    表  1  卡塞格林天线的设计指标

    Table  1.   Design specifications of Cassegrain antenna

    指标参数 参数值
    波长/nm 1 550,1 530(发射和接收的信号光)
    810,830(发射和接收的信标光)
    视场/mrad 0.25(信号光)
    4(信标光)
    放大倍率 12.5
    透过率 ≥0.75
    口径/mm 250
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    表  2  各元件的后向反射率及YNI

    Table  2.   Back-reflection ratio and YNI value of each element

    表面 透过率与反
    射率之比/%
    后向反射
    R
    YNI
    透镜3后表面 98.75 1.687 5×10-7 -2.076 84
    透镜3前表面 98.75 5.472 4×10-8 3.682 68
    透镜2后表面 99.80 9.488 1×10-9 3.517 04
    透镜2前表面 99.80 3.316 5×10-7 0.584 13
    透镜1后表面 98.75 2.694 5×10-4 0.051 99
    透镜1前表面 98.75 3.378 9×10-5 0.138 37
    次镜 98.00 3.071 9×10-6 -4.031 07
    主镜 98.00 0 -25.000 00
    支撑结构 - 0 -
    各级遮光罩 - 0 -
    下载: 导出CSV

    表  3  优化后各元件的后向反射率及YNI

    Table  3.   Back-reflection ratio and YNI value of eachelement after optimization

    表面 透过率与反
    射率之比/%
    后向反射
    R
    YNI
    透镜3后表面 98.75 7.275 0×10-7 -1.000 28
    透镜3前表面 98.75 4.134 8×10-8 4.070 96
    透镜2后表面 99.80 6.831 9×10-9 3.962 30
    透镜2前表面 99.80 3.026 4×10-8 1.893 74
    透镜1后表面 98.75 2.672 7×10-6 0.500 21
    透镜1前表面 98.75 4.124 9×10-6 0.525 68
    次镜 98.00 3.152 0×10-6 -4.031 07
    主镜 98.00 0 -25.000 00
    支撑结构 - 0 -
    各级遮光罩 - 0 -
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-02-05
  • 修回日期:  2017-03-28
  • 刊出日期:  2017-08-01

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