[发明专利]一种新型菲涅耳光学天线发射系统

权利要求书

1.一种新型菲涅耳光学天线发射系统，其特征在于利用菲涅耳波带片对入射平面波进行聚焦，产生暗中空光束，经光学天线传输后变换为准直空心光束，提高光通信系统中发射天线的发射精度和传输效率；主要包括圆形菲涅耳波带片和卡塞格伦发射天线两部分；其中圆形菲涅耳波带片固定在卡塞格伦天线主镜的中心圆孔内，准直后的平面光波入射到菲涅耳波带片后聚焦；菲涅耳波带片的主焦点与卡塞格伦天线次镜左焦点重合，在次镜处产生暗中空光束，经光学天线传输后形成准直空心光束；系统结构简单，加工难度较低，减小了系统装配的复杂度，且准直精度高，可作为光通信系统中的发射天线系统，有效避免传统光学天线次镜中心对高斯光束的部分反射所造成的能量损失，提高光通信系统中发射天线的发射精度和传输效率。

2.根据权利要求1所述的一种新型菲涅耳光学天线发射系统，其特征在于所述圆形菲涅耳波带片为在透明玻璃平板上制作的特殊光栅，由透光与不透光的同心圆环交替间隔组成，其中奇数半波带不透光，偶数半波带透光(中心为不透光半波带)；入射平面波的波长为1550nm，菲涅耳波带片的半径为10mm，主焦距为100mm，透光半波带和不透光半波带数目合计64条。

3.根据权利要求1所述的一种新型菲涅耳光学天线发射系统，其特征在于所述的圆形菲涅耳波带片，对入射平面波进行聚焦；基于平面屏幕衍射的基尔霍夫理论，分析菲涅耳波带片在平面波垂直入射情况下的会聚性能与离焦衍射光强分布。

4.根据权利要求1所述的一种新型菲涅耳光学天线发射系统，其特征在于所述的卡塞格伦天线的旋转抛物面主镜口径为150mm，旋转双曲面次镜的口径为30mm；天线主镜中心开孔位置与所述圆形菲涅耳波带片平面相粘合，确定最佳的天线结构参数，计算菲涅耳波带片在平面波垂直入射情况下的离焦衍射光强分布，使天线次镜处的光斑中心为暗斑，中心能量为零，该空心光束在天线中传输，可有效避免光线经天线次镜反射至主镜的过程中的中心能量损失，从而提高天线的发射效率。

5.根据权利要求1所述的一种新型菲涅耳光学天线发射系统，其特征在于所述的卡塞格伦天线的旋转双曲面次镜左焦点与所述圆形菲涅耳波带片的主焦点重合，旋转双曲面次镜的右焦点与卡塞格伦天线的旋转抛物面主镜的焦点重合，光束经过光学天线发射系统传输后为高精度准直空心激光束，该准直空心光束的发散角理论上可突破衍射极限。

6.根据权利要求1所述的一种新型菲涅耳光学天线发射系统，其特征在于所述卡塞格伦天线系统的设计是基于矢量反射定理，建立三维反射面与矢量光线模型，利用MATLAB程序对光学天线系统结构进行最优设计，对光线在光学天线系统中的空间传输进行仿真分析。