[发明专利]一种用于实现圆形光束整形为点环形光束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及非成像光学领域，尤其涉及一种用于将圆形光束整形为点环形光束的方法。

背景技术

卫星光通信终端的接收系统主要包括跟踪探测系统和通信系统。典型的卫星光通信终端光学系统主要由光学天线（1）、分光镜（2）、通信聚焦透镜组（3）、通信探测器（4）、跟踪聚焦透镜组（5）及跟踪探测器（6）组成，如图2所示。当该终端接收光信号时，入射光束经过无焦光学天线（1）的缩束后，入射光被分至跟踪光路和通信光路。前一部分光被分光镜（2）反射后经过跟踪聚焦透镜组（5）聚焦在跟踪探测器（6）上，用于瞄准、捕获和跟踪。另一部分直接透过分光镜（2）经通信聚焦透镜组（3）聚焦在通信探测器（4）上，用于通信。由图2可知，接收系统中有两条光路（跟踪部分和通信部分），导致终端光学系统结构过于复杂，增加了系统的装调复杂度，并且终端体积过大，不利于终端往小型化方向发展。

发明内容

本发明是要降低卫星光通信终端接收系统的装调复杂度，简化终端光学系统结构，而提供了一种用于实现圆形光束整形为点环形光束的方法。

用于实现圆形光束整形为点环形光束的方法按以下步骤实现：

（1）确定入射光束的直径D₀，环形光束的内外环直径D₁、D₂与复合功能元件与四象限探测器的间距L：若光学天线口径为d，其放大倍率为T，则D₀=d/T；

（2）确定通信光束的口径D：若通信光功率占入射光功率的η，则

D=ηD0]]>

（3）建立通信光束的一一对应关系：复合功能元件面上从距离光束中心r₁处发出的光线入射到探测面中心处，其中0≤r₁≤D；

（4）计算通信光束的光线偏角：由几何关系，可以确定

sinβ=r1L]]>

（5）确定复合功能元件通信部分的径向相位分布表达式：由光程函数与光线偏角间的关系可以得到

dφ1(r1)dr1=-sinβ]]>

对上式积分，得到复合功能元件通信部分的径向相位分布，式中0≤r₁≤D；

（6）确定复合功能元件通信部分的径向轮廓：由相位与元件厚度的关系可以得到复合功能元件通信部分的径向轮廓

φ1(r1)=2π·nz1(r1)λ]]>

式中，n为复合功能元件的折射率，λ为光束波长，且0≤r₁≤D；