[发明专利]空间光学激光反射器

说明书

本发明公开了一种空间光学激光反射器，所述空间光学激光反射器包括：三直角反射面反射结构，用于将入射的激光光束沿原光路方向精确返回；衍射相位整形结构，为一系列周期规律亚波长同心环状光栅，设置于三直角反射面反射结构的出入射面，用于将经过三直角反射面反射结构反射的激光光束通过其表面光栅衍射后，在目标接收位置干涉整形形成符合要求的光斑。

技术领域

本发明涉及激光测距领域，尤其涉及一种空间光学激光反射器。

背景技术

激光反射器是一种特殊的逆向反射器，由三个相互垂直(90°)的反射面和一个入(出)射面构成，为四面体锥状棱镜，具有空间定向发射特性。理想情况下，一束激光从角锥棱镜的底面入射，依次经过3个直角面的反射后，出射光将以与入射光平行的方向反向射出。

在航空航天领域，激光反射器是跟踪和测量卫星、航空航天器距离必须的部件，为无源光学器件，装载在飞行器表面，其作用是将测距激光光束按入射方向原光路反射，以实现测距点和飞行器之间的远距离精密测量。另外，在对远距离目标、导弹、运载火箭等物体的精密测量中也有广泛的应用。

实际工程应用中，为增大反射面积，激光反射器的结构通常由若干多个角反射器阵列结构组成，与单一角反射器相比，可显著减小尺寸和重量，提高合作目标远场角，对传输中激光因大气非均匀性引起的畸变进行光学补偿。为实现科学目标的有效测量，激光反射器组件应具有较高的激光反射率和较小的发散特性，以保证反射信号具有足够的光强。比如，对于低轨卫星，激光合作目标通常采用半球或半圆台结构，使阵列的有效发射面积在观测区域对称分布且尽可能保持均匀，以保证即使观测站在低仰角条件下也可进行测距；对于高轨卫星，由于一般要求反射面积大，则采取平面圆形排列方式。

作为传统激光反射器，其工作技术状态(发散角、最大倾斜角、有效发射面积、发射率、远场衍射光斑、速度光行差补偿等)由反射器的特性(形状、尺寸、角误差)决定，比如，直角面镀膜的角误差直接决定激光合作目标的远场衍射光斑和速度光行差补偿；反射器口径决定了光斑发散角。理论和实验证明：角反射器直角存在偏差时，出射光的六个子光束处于分离状态，分别与入射光存在微小的夹角，衍射光斑能量分布也与理想角反射器不同，无角度偏差理想反射器远场能量分布为中心艾里斑，带偏差反射器远场能量分布除中心艾里斑外，周围为6个子环形光斑。

对于高速目标，由于速差(Velocity Aberration)效应，当激光光束指向卫星或其它高速飞行器，出射光相对入射光方向会有一个偏离角，反射光束光斑中心会偏离SLR位置。实际设计中为减小光行差的影响，通常采用光行差补偿法来设计星载角反射器，改变加工偏差使之在以速差角为半径的圆环上的归一化能量达到最佳值，角度补偿法通过设计相应的直角面偏差可以分离出射子光束，从而增大接收位置的激光光能密度和探测概率，但圆环内能量利用效率很低，不到10％。

对于低速目标，可采取无偏差的反射器，但中心艾里斑为典型的贝塞尔函数分布形式，中间强，两边低，能量不均匀，容易影响回波光子数和探测效率，造成回馈数据不稳定。

发明内容

本发明实施例提供一种空间光学激光反射器，用以解决现有技术中的上述问题。

本发明实施例提供一种空间光学激光反射器，包括：

三直角反射面反射结构，用于将入射的激光光束沿原光路方向精确返回；

衍射相位整形结构，为一系列周期规律亚波长同心环状光栅，设置于三直角反射面反射结构的出入射面，用于将经过三直角反射面反射结构反射的激光光束通过其表面光栅衍射后，在目标接收位置干涉整形形成符合要求的光斑。

优选地，三直角反射面反射结构为实心反射器或空心反射器，其中，实心反射器包括三个相互垂直的反射面和一个出入射面，为四面体锥状棱镜，具有空间定向发射特性；空心反射器由三个相互垂直的反射面构成。