[发明专利]一种光通信系统的光轴自校准装置及方法

权利要求书

1.一种光通信系统的光轴自校准装置，由阵列光纤(1)、消色差准直镜(2)、分色片(3)、角锥棱镜(4)、滤光片(5)、精跟踪镜头(6)、精跟踪探测器(7)、精跟踪快反镜(8)及主望远镜(9)组成，其特征在于：

所述的阵列光纤(1)将自校准光单模光纤(1-1)与通信激光单模光纤(1-2)密集排布于光纤端面处，光纤中心间隔固定，并放置于消色差准直镜(2)的焦面处，所述的消色差准直镜(2)可以同时对自校准光与通信激光进行准直；所述的分色片(3)用于实现跟踪光束和通信光束的分离，所述的滤光片(5)允许自校准光与信标光通过：所述的精跟踪镜头(6)、精跟踪探测器(7)用于信标光与自校准光的探测，同时与精跟踪快反镜(8)形成精跟踪闭环控制；所述的主望远镜(9)为扩束系统，用于实现自校准光与通信激光光束发散角压缩的功能；

阵列光纤(1)的光纤端面固定于消色差准直镜(2)的焦面处，自校准光与通信激光分别经过自校准光单模光纤(1-1)与通信激光单模光纤(1-2)引入，经过消色差准直镜(2)准直后输出；两束准直光经过分色片(3)时，通信激光分别经过分色片(3)、精跟踪快反镜(8)反射后，最后经过主望远镜(9)压缩发散角后发射，自校准光经过分色片(3)透射、角锥棱镜(4)原路返回、分色片(3)反射后，经过滤光片(5)、精跟踪镜头(6)后被精跟踪探测器(7)探测，同时另一个通信终端的信标光经过主望远镜(9)、精跟踪快反镜(8)及分色片(3)后，也进入滤光片(5)、精跟踪镜头(6)后被精跟踪探测器(7)探测；在实验室内需要准确标定通信激光光轴、信标光轴与自校准光在精跟踪探测器(7)上成像点质心的关系，仪器工作之前，重新采集自校准光在精跟踪探测器(7)中的光斑质心，该质心与实验室标定质心不同说明发射光轴发生变化，需要重新标定信标光在精跟踪探测器(7)的跟踪点，从而建立光通信链路。

2.根据权利要求1所述的一种光通信系统的光轴自校准装置，其特征在于：所述的阵列光纤(1)将自校准光单模光纤(1-1)与通信激光单模光纤(1-2)密集排布于光纤端面处，光纤中心间隔固定，所述的消色差准直镜(2)可以同时对自校准光与通信激光进行准直；阵列光纤(1)的光纤端面固定于消色差准直镜(2)的焦面处，从而实现自校准光单模光纤(1-1)与通信激光单模光纤(1-2)发射光的准直。

3.根据权利要求1所述的一种光通信系统的光轴自校准装置，其特征在于：所述的角锥棱镜(4)的回转精度小于3″。

4.一种基于权利要求1所述的一种光通信系统的光轴自校准装置的光轴自校准方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在实验室环境下,通过自校准光单模光纤(1-1)与通信激光单模光纤(1-2)将自校准光与通信激光引入至阵列光纤(1)内，两束光再经过消色差准直镜(2)准直后输出，利用平行光管准确标定通信激光与自校准光的相对光轴关系，记录两束光之间的固定光轴关系；

2)精确标定通信激光光轴对应的精跟踪探测器(7)上跟踪点位置(X1，Y1)，开启自校准光，自校准光经消色差准直镜(2)准直、分色片(3)透射、角锥棱镜(4)原路返回、分色片(3)反射后，最后进入滤光片(5)、精跟踪镜头(6)后被精跟踪探测器(7)探测,根据成像光斑情况将光强调节至光斑接近饱和状态，记录此时自校准光在精跟踪探测器(7)上成像光斑质心位置(X2，Y2)；

3)设备搬至外场或者在轨试验之前，按照实验室标定光强开启自校准光，自校准光经消色差准直镜(2)准直、分色片(3)透射、角锥棱镜(4)原路返回、分色片(3)反射后，最后进入滤光片(5)、精跟踪镜头(6)后被精跟踪探测器(7)探测，记录此时自校准光在精跟踪探测器(7)上成像光斑质心位置(X2′，Y2′)；此时将精跟踪探测器(7)上跟踪点位置更改为(X1+X2′-X2，Y1+Y2′-Y2)；

4)关闭校准光，开启光通信模式，调整主望远镜(9)的指向，将目标端的信标光引入ATP系统，驱动精跟踪快反镜(8)将接收到的信标光引入至精跟踪探测器(7)上，根据新跟踪点位置(X1+X2′-X2，Y1+Y2′-Y2)进行跟踪，建立通信链路；

5)开启通信激光,通信激光经消色差准直镜(2)准直、分色片(3)及精跟踪快反镜(8)反射后，最后经过主望远镜(9)压缩发散角后发射，发射光最终传输至接收端，通过接收端闭环后开启激光通信数据传输。