[发明专利]一种紧凑型多孔径离轴合束系统内遮光筒阵列设计方法

说明书

本发明公开了一种紧凑型多孔径离轴合束系统内遮光筒阵列设计方法，分别建立各离轴合束系统内遮光筒圆柱曲面空间解析方程；求解方程组，获得各离轴合束系统内遮光筒最高点空间位置坐标；根据各离轴合束系统内遮光筒最低点与最高点的空间位置坐标，求解各离轴合束系统内遮光筒倾斜端面截面的倾角；根据内遮光筒倾斜截面倾角与内遮光筒圆柱曲面方程，在三维建模软件(ProE、Cero等)中建立紧凑型多孔径离轴合束系统内遮光筒阵列。此方法主要通过空间解析几何的方法推导多孔径离轴合束系统内遮光筒倾斜截面倾角，该解析思路可以适用于任意多孔径离轴合束系统内遮光筒的设计，本发明有效改善了多孔径离轴合束系统各子孔径之间外部杂散光的相互串扰。

技术领域

本发明涉及激光通信系统杂散光抑制技术领域，具体涉及一种紧凑型多孔径离轴合束系统内遮光筒阵列设计方法。

背景技术

激光通信具有高速率、低功耗、高安全性的优点，是未来实现星地大数据通信的有效手段。传统的单孔径激光发射机发射的信号光在达到接收平面后，光斑扭曲和畸变严重，能量集中度低，采用光束合成(相干合成或者非相干合成)方法，将多台激光器合束实现激光阵列多孔径传输系统，是有效克服激光增益介质的非线性效应、克服大气湍流相位影响、获取更高功率的重要途径。紧凑型多孔径合束系统可以在获取高功率并保持较好的光束质量的同时，缩小系统结构尺寸，降低系统造价，提升系统性价比。在光束传输中，系统必须有很强的排除杂光的能力，否则阳光或其他杂散光源就会沉没激光束。紧凑型多孔径离轴合束系统各子孔径之间视场外杂散光存在互相串扰的问题，传统端口平齐的内遮光筒阵列对来自于相邻子孔径的视场外杂散光抑制效果不佳，相邻孔径视场外杂散光会穿过内遮光筒，进入后续成像光路，存在漏光现象。针对多孔径合束系统各子孔径之间视场外杂散光互相串扰的现象，需要设计新型的内遮光筒阵列，成功抑制来自于相邻孔径的视场外杂散光线穿过内遮光筒，进入后续成像光路，降低系统信噪比，影响成像质量。

发明内容：

为克服现有反射式紧凑型多孔径离轴合束系统平齐端口内遮光筒阵列无法有效的遮挡来自相邻子孔径视场外杂散光线，使视场外杂散光线可以直接穿过内遮光筒进入合成成像光路，影响成像效果的问题，本发明的目的是在于提供一种新型内遮光筒阵列数值解析设计方法。该内遮光筒阵列数值解析设计方法通过空间解析几何数值计算确定了内遮光筒阵列倾斜截面位置以及倾斜截面的倾斜角度，便于加工制造；解决了紧凑型多孔径离轴合束系统各子孔径之间视场外杂散光线互相干扰的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供以下技术方案：一种紧凑型多孔径离轴合束系统内遮光筒阵列设计方法，包括以下步骤：

1)以多孔径离轴合束系统主镜背板所在平面作为坐标XOY平面，以多孔径系统旋转对称轴为Z轴，建立空间右手坐标系；

2)根据光学系统参数，在光学设计软件(Zemax、CODEV)中，分别确定各子孔径离轴合束系统内遮光筒倾斜截面边缘最低点空间位置坐标；

3)根据系统尺寸限制及系统外部杂散光抑制角，确定单孔径离轴合束系统外遮光筒边缘点空间位置坐标；

4)根据单孔径离轴合束系统外遮光筒边缘点空间位置坐标和各子孔径离轴合束系统内遮光筒倾斜截面边缘最低点空间位置坐标，求解各子孔径之间视场外杂散光互相干扰的最大抑制角平面方程；

5)根据各子孔径离轴合束系统内遮光筒倾斜截面边缘最低点空间位置坐标，分别建立各离轴合束系统圆柱形内遮光筒空间圆柱曲面方程；

6)求解方程组，获得各子孔径离轴合束系统内遮光筒斜截面边缘最高点空间位置坐标；

7)根据各子孔径离轴合束系统内遮光筒倾斜截面边缘最低点与最高点的空间位置坐标，求解各子孔径离轴合束系统内遮光筒倾斜截面的倾角；

8)根据内遮光筒斜截面倾角与内遮光筒圆柱曲面方程，在三维建模软件(ProE、Cero等)中建立多孔径离轴合束系统内遮光筒阵列。