空間光通信高精度激光束準直系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、空間光通信經(jīng)過近十幾年來的快速發(fā)展，如今已經(jīng)成為現(xiàn)代通信技術(shù)中極具應(yīng)用前景的通信方式。而在光通信系統(tǒng)中，激光準直系統(tǒng)十分重要，直接影響通信的傳輸距離和傳輸效果。 本文主要針對空間光通信中的關(guān)鍵技術(shù)--高精度激光準直技術(shù)進行了深入的研究，并對準直光學(xué)系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計和仿真。 論文主要內(nèi)容如下： 1．應(yīng)用系統(tǒng)傳輸矩陣分析方法和ABCD定理，研究了厚透鏡對高斯光束的變換特性，并推導(dǎo)出高斯光束經(jīng)厚透鏡望遠鏡擴束準直系統(tǒng)

2、變換后遠場發(fā)散角的解析表達式。針對望遠鏡系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)參量對系統(tǒng)準直性能的影響進行了仿真分析。分析表明適當(dāng)調(diào)整各結(jié)構(gòu)參量，能有效提高準直系統(tǒng)的準直效果。 2．用計算機仿真為平臺，舉例設(shè)計了一組望遠鏡系統(tǒng)準直透鏡，并采用光學(xué)設(shè)計軟件對其進行了像差優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計系統(tǒng)具有良好的準直效果，可將初始光腰為0.031mm砌的高斯光束準直為發(fā)散角小于0.5mrad的光束。 3．根據(jù)幾何光學(xué)基本原理，針對半導(dǎo)體激光器準直系統(tǒng)進行

3、了優(yōu)化設(shè)計。對于半導(dǎo)體激光器，當(dāng)不考慮固有像散準直時，設(shè)計了非球面透鏡加棱鏡組準直系統(tǒng)，用于準直和整形半導(dǎo)體激光束；當(dāng)考慮固有像散時，采用相互正交的柱透鏡組作為設(shè)計模型，對準直系統(tǒng)的入射和出射兩個非球面方程進行了推導(dǎo)和優(yōu)化。 4．運用矢量折射定律、光線追跡等分析方法對系統(tǒng)各部分準直整形效果進行了計算機仿真分析。仿真分析結(jié)果表明：當(dāng)不考慮半導(dǎo)體激光器的固有像散時，非球面透鏡加棱鏡組準直系統(tǒng)理論上能將空間任意一條點光源發(fā)出光線完全準