[发明专利]一种基于光频梳的太赫兹天线形面检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于光频梳的太赫兹天线形面检测系统及方法，用于实现太赫兹天线形面的高精度快速测量。其中光梳光场生成模块对其中一个光频梳出射的测试光进行空间啁啾，形成多波长的一维测试光场，再经过平移或转动装置形成正交的测试光场。利用该光场的强度、空间位置以及相位间的对应关系，实现太赫兹天线形面的高精度检测。利用与测试光存在微小重复频率差的另一台光频梳，对测试光场进行异步光学采样，再通过高精度的三维结构光场重建实现太赫兹天线形面的复原，不仅为实现天赫兹天线高精度形面检测提供了可靠的依据，也为高增益星载太赫兹天线的设计实现提供了技术支持。

技术领域

本发明面向太赫兹天线高精度形面检测的迫切需求，基于光频梳技术，给出了一种基于光频梳的太赫兹天线形面检测系统及方法，内容涉及非线性光学、衍射光学和应用光学的交叉技术领域。

背景技术

太赫兹频段具有微波和光波的双重辐射特征，因此具有通信传输容量大、速率快，且具有比微波更高的分辨率和精确的定位能力。近年来，星载太赫兹技术在卫星通信、卫星遥感以及雷达等领域都有广阔的应用前景，目前国际上已经有多颗卫星实现了太赫兹载荷的星载应用。在太赫兹天线的设计与实现中，太赫兹天线的反射形面面精度是评价天线性能与质量的重要指标，直接影响天线增益、方向性等各项电特性。目前太赫兹天线正朝向大口径、高精度、高可靠性的方向发展，这给目前的高精度检测技术提出了更高的要求。因此，高精度的太赫兹天线形面检测成为恃待解决的问题，此问题的有效解决不仅为星载太赫兹天线的设计实现提供技术途径，而且为我国太赫兹卫星载荷的发展提供必要的技术支撑。

目前现有的天线形面测量方法，主要有近景摄影测量法、坐标点扫描测量法、激光跟踪测量法等。针对太赫兹天线形面的高精度测试需求，现有测量方法的优缺点如下：

(1)近景摄影法是通过对同一物体在不同位置拍摄多幅图片，采用三角形交会法原理，经过图像匹配等技术手段解出被测物的坐标点。这种方法的测量精度可以达到毫米或百微米量级，但是需要在被测件上贴很多个靶标，这给测量带来了不便。同时，靶标的精度直接影响着形面测量的精度。

(2)三坐标测量法是利用导轨和探头对被测件表面进行采样测量，从而得到各测量点的空间坐标，再通过数据拟合恢复出待测件的形面。这种方法的测量精度高，可以达到几微米甚至亚微米量级，但是受测量口径的限制，且耗时较长。

(3)激光跟踪仪法是基于球坐标系的测量系统，通过测量目标点到基准点的距离以及目标点对基准点的方位角和俯仰角来确定目标点的三维坐标。这种方法具有检测范围大、动态响应快等优点，测量精度可以达到亚微米量级。但它属于接触式测量，其逐点测量的方式导致测量分辨率不高，且太赫兹天线表面的镜面反光会导致测量中因信号中断而引入失效测量点的问题。

综上，传统的这些形面检测方法均难以达到太赫兹天线形面的高精度检测要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提高了一种基于光频梳的太赫兹天线形面检测系统及方法，提出了一种基于光频梳的高精度太赫兹天线形面检测方法，所形成的扫描式一维光梳结构光场，突破了现有方法中测量精度较低的技术难点，实现了太赫兹天线的高精度快速形面检测，为高增益星载太赫兹天线的设计实现提供关键技术支持。

本发明的技术解决方案是：一种基于光频梳的太赫兹天线形面检测方法，步骤如下：

一种基于光频梳的太赫兹天线形面检测系统，包括：第一光频梳激光器、第二光频梳激光器、光梳光场生成模块、双光梳干涉模块、光场接收模块以及光场重建模块；

光梳光场生成模块包括空间啁啾光学系统和扫描伺服控制装置；

第一光频梳激光器输出的探测光，经光梳光场生成模块中的空间啁啾光学系统，形成一维光梳光场，辐照至待测天线表面；