空间光通信中光学天线系统的设计及性能分析new

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1、电子科技大学硕士学位论文空间光通信中光学天线系统的设计及性能分析姓名：冉英华申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：杨华军20090501摘要近年来，随着地面光纤通信的发展，特别是光放大器及波分复用技术的成熟，许多国家纷纷转向研究工作波段为1550hm波段的通信系统，1550hm波段的空间光通信将成为未来的高速卫星激光通信系统的发展趋势。就目前技术水平来看，仍然还有许多关键技术需要进一步完善，主要包括以下关键技术：(1)精密发射和接收光学天线技术；(2)高精度对准技术；(3)高能量转换效率的光放大器技术；(4)空间光到光纤的高效耦合技术：(5)空间

2、环境适应性技术。针对上面提到的前两项关键技术，论文主要研究了光学天线系统的设计原理及方法，设计出一套中心波长为1550hm波段的光学天线系统，对设计的系统进行了加工实现、测试及性能分析。本论文的研究内容如下：1．介绍了光学系统的设计方法，对非球面光学零件应用和光学特性进行了分析。通过对各种常见光学天线的结构、成像质量进行对比分析，本论文确定在该光学天线系统的设计中采用卡塞格伦天线。2．通过对卡塞格伦天线结构的建模分析和光学设计软件Zemax的应用，优化设计出主镜和次镜均为非球面镜、中心波长为1550hm、视场角为10的卡塞格伦光学天线，并对卡塞格

3、伦天线离焦对天线发散角的影响、增益、准直特性、成像质量及传输效率进行了分析。3．利用Zemax优化设计了收发合一的光学天线系统，它包括发射通道、接收通道和实验通道。在系统中，利用分色镜和分束镜实现收发隔离及多光路需求。对各个光学元件的材料进行了分析，与加工单位协商，对材料进行了合理选择。4．利用Zygo干涉仪对加工的光学天线系统的波像差进行了测试，其波像差均方根(刚S)值为0．0462，满足设计指标(<2／20)要求。对系统的传输效率进行了测试，结果为71．4％。分析了系统的成像质量、光束发散损耗。通过对光学天线系统偏轴的建模，得出了功率衰减曲线

4、。关键词：空间光通信，光学系统设计，光学天线，增益，偏轴ABSTRACTABSTRACTRecently,muchattentionhasbeenpaidoncommunicationsystemsat1550nmband谢伍thedevelopmentofOpticalFiberCommunications，especiallythematuretechnologyofopticalamplifiersandWDM．Thespaceopticalcommunicationat1550nmwillbecomethedevelopmenttrend

5、inthefiledofhigllspeedsatelliteop廿Calcommunicationinfuture．Accordingtothecurr咖technologylevel，manykeytechnologiesshouldbestillfurtherimproved．Theymainlycontains：(1)Precisiontransmittingandreceivingopticalantennatechnique，(2)Highprecisionalignmenttechnique，(3)Opticalamplifiert

6、echnology丽mhi曲energyconversionefficiency,(4)Thetechniqueofcouplingspacelighttofibers，(5)Spaceenvironmentaladaptabilitytechnique．Basedonthefirsttwokeytechnologiesmentionedabove,thedesignprincipleandmethodsofopticalantennasystemshavebeenresearchedinthispaper．Anopticalantennasys

7、temwiⅡlthecentralwavelengthlocatedin1550rimhasbeendesigned．Thesystemhasbeenrealizedbymanufactureandtest．Themaineontentsaleasfollows：1．Themethodsofopticalsystemsdesignhavebeenintroduced,meanwhile，theapplicationandopticalpropertiesofasphericoptiCalpartshavealsobeenanalyzed．Acco

8、rdingtothecomparativeanalysisofstructuresandtheimagequalityoftheopti