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激光通信地面测试终端间隔离度的仿真分析

赵猛 颜昌翔 吴从均

赵猛, 颜昌翔, 吴从均. 激光通信地面测试终端间隔离度的仿真分析[J]. 中国光学, 2020, 13(3): 472-481. doi: 10.3788/CO.2019-0154
引用本文: 赵猛, 颜昌翔, 吴从均. 激光通信地面测试终端间隔离度的仿真分析[J]. 中国光学, 2020, 13(3): 472-481. doi: 10.3788/CO.2019-0154
ZHAO Meng, YAN Chang-xiang, WU Cong-jun. Simulation analysis of isolation between laser communication ground test equipments[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 472-481. doi: 10.3788/CO.2019-0154
Citation: ZHAO Meng, YAN Chang-xiang, WU Cong-jun. Simulation analysis of isolation between laser communication ground test equipments[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 472-481. doi: 10.3788/CO.2019-0154

激光通信地面测试终端间隔离度的仿真分析

doi: 10.3788/CO.2019-0154
基金项目: 国家自然科学基金项目(No. 61805235)
详细信息
    作者简介:

    赵猛:赵 猛(1994—),男,河北衡水人,硕士研究生,2017年于哈尔滨工业大学获得学士学位,主要从事激光通信系统的隔离度方面的研究。E-mail:zhaomeng_199474@163.com

    吴从均(1986—),男,陕西安康人,2014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,主要从事空间光学仪器光学设计和光学系统像质研究。E-mail:wucongjun789@163.com

    通讯作者:

    吴从均(1986—),男,陕西安康人,2014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,主要从事空间光学仪器光学设计和光学系统像质研究。E-mail:wucongjun789@163.com

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

Simulation analysis of isolation between laser communication ground test equipments

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 61805235)
More Information
  • 摘要: 受空间所限,激光通信地面测试平台与被测终端之间的距离远小于实际通信距离,导致测试平台光机等器件产生的后向散射杂光进入被测终端,从而严重影响被测终端的测试性能。从被测终端与测试平台间的光学干扰问题出发,本文研究了被测终端与测试平台间隔离度的关系,分别设计了卡塞格林和离轴三反光学天线,并根据杂散光传输模型,采用杂散光分析软件分析了光学天线结构形式及表面粗糙度两方面对隔离度的影响。分析结果表明,采用离轴三反光学天线时的隔离度明显高于卡塞格林光学天线,且隔离度随着光学表面粗糙度的减小而增大,当光学表面的粗糙度达到0.892 nm时,隔离度可达−86.22 dB。最后,推导了ABg模型与Harvey模型参数间的关系,并根据粗糙度与TIS计算公式,得出粗糙度分别为0.7 nm及0.5 nm的ABg模型参数,它们的终端间隔离度分别为−94.39 dB和−97.3 dB,实现了−90 dB的隔离度指标。
  • 图  1  隔离度定义示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of isolation definition

    图  2  卡塞格林光学天线二维布局图

    Figure  2.  Two-dimensional layout of Cassegrain optical antenna

    图  5  离轴三反光学天线传递函数曲线

    Figure  5.  MTF of off-axis three-mirror optical antenna

    图  3  卡塞格林光学天线传递函数曲线

    Figure  3.  MTF of Cassegrain optical antenna

    图  4  离轴三反光学天线二维布局图

    Figure  4.  Two-dimensional layout of off-axis three-mirror optical antenna

    图  6  卡塞格林光学天线的杂散光模拟

    Figure  6.  Stray light simulation of Cassegrain optical antenna

    图  7  离轴三反光学天线的杂散光模拟

    Figure  7.  Stray light simulation of off-axis three-mirror optical antenna

    图  8  不同光学天线的光通量图

    Figure  8.  Luminous flux maps of different optical antennas

    图  9  不同粗糙度镀膜基片的散射数据拟合曲线

    Figure  9.  Scattering fitting curves of coated substrate with different roughnesses

    图  10  采用不同粗糙度反射镜时探测器的光通量图

    Figure  10.  Detector′s luminous flux maps when applying reflectors with different roughnesses

    图  11  低粗糙度下探测器的光通量图

    Figure  11.  Luminous flux maps of detector when applying low roughness reflector

    表  1  光学天线的设计指标

    Table  1.   Design specifications of optical antenna

    指标名称参数值
    测试波长/nm632.8
    望远镜放大倍率15±0.1
    望远镜主口径/mm≥610
    有效视场/mrad≥±6
    像质要求中心视场:0.033λ(rms)、0.25λ(PV)
    边缘视场:0.050λ(rms)、0.33λ(PV)
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    表  2  卡塞格林光学天线波像差

    Table  2.   Wave aberration of Cassegrain optical antenna

    波段(μm)项目视场
    中心视场边缘视场
    0.632 8($\lambda $)波像差P-V0.033 8$\lambda $0.143 7$\lambda $
    RMS0.006 5$\lambda $0.032 4$\lambda $
    斯特尔比0.999 80.999 7
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    表  3  离轴三反光学天线波像差

    Table  3.   Wave aberration of off-axis three-mirror optical antenna

    波段(μm)项目视场
    中心视场边缘视场
    0.632 8($\lambda $)波像差P-V0.037$\lambda $0.140$\lambda $
    RMS0.009$\lambda $0.024$\lambda $
    斯特尔比0.9980.987
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    表  4  两种光学天线的隔离度对比

    Table  4.   Comparison of isolation between two optical antennas

    光学天线类型进入探测器的杂光数目光通量大小(W)隔离度(dB)
    卡塞格林7 2140.011 24−49.49
    离轴三反202.94 × 10−5−75.32
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    表  5  具有不同粗糙度镀膜基片的散射数据的ABg模型拟合参数

    Table  5.   ABg model fitting parameters of scattering data of coated substrate with different roughnesses

    粗糙度(nm)ABgRMSE
    0.8922.15$\times10^{-8} $7.51$\times10^{-8} $4.6240.008 798
    1.2972.47$\times10^{-8} $7.93$\times10^{-8} $4.3890.001 32
    1.6461.34$\times10^{-8} $5.37$\times10^{-8} $4.9860.007 629
    2.3271.17$\times10^{-7} $4.92$\times10^{-7} $4.2900.005 674
    6.4791.01$\times10^{-7} $3.81$\times10^{-7} $4.5030.006 217
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    表  6  采用不同粗糙度反射镜对应的隔离度

    Table  6.   Isolations when applying reflectors with different roughnesses

    粗糙度进入探测器的杂光数目杂光光通量大小(W)隔离度(dB)
    0.89222.39$\times10^{-6} $−86.22
    1.29743.19$\times10^{-6} $−84.96
    1.64675.11$\times10^{-6} $−82.92
    2.327111.22$\times10^{-5} $−79.14
    6.479202.94$\times10^{-5} $−75.32
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    表  7  采用低粗糙度反射镜时对应的隔离度

    Table  7.   Isolations when applying low roughness reflector

    粗糙度
    (nm)
    进入探测器的
    杂光数目
    杂光光通量
    大小(W)
    隔离度
    (dB)
    0.511.86$\times10^{-7} $−97.30
    0.713.64$\times10^{-7} $−94.39
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-23
  • 修回日期:  2019-08-20
  • 刊出日期:  2020-06-01

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