光学天线

摘要： 在使用卡塞格伦光学天线进行中长波段准直时,通常为追求极小发散角而进行大倍数扩束。在限定光程内,该方法忽略出射端光腰半径过大的现象,致使接收端面积随之大幅增加。为在限定光程内优化传输模式,文章致力于研究出射端和接收端的关系,从而实现接收光斑的最小化。首先通过光参数积不变理论分析常规结果的弊端,再根据几何关系构建出射端和接收端之间的关系模型,最后仿真验证优化方案。研究表明,在限定光程内,接收光斑大小与出射放大倍数近似呈倒U型分布,在某点可取极小值,从而可有效地优化接收端面。

摘要： 为了提高光纤脉冲相干激光测风雷达性能,采用数学建模的方法来分析光学天线特性。利用后向传播本振原理,讨论光学天线口径对系统载噪比的影响,以及光瞳截断比对天线效率的影响;提出光学接收耦合效率的定义,研究不同大气折射率结构常数条件对耦合效率和测程的影响;通过搭建实验平台,测量不同距离门内的载噪比和频谱强度等参数,验证了仿真结果。结果表明,当远场探测距离在7km~10km范围内变化时,天线最优口径为100mm,光瞳截断比最优值为0.8;相较弱湍流情况,强湍流会使同一系统测程下降近30%。此研究为光学天线的优化设计提供了理论依据。

摘要： 为提高空间激光通信离轴三反光学天线的装调效率,需要对反射镜总的装调自由度进行优化设计.基于共轴三反无焦系统的设计原理,提出一种主三镜一体化的设计方法,并推导了光学系统结构参数之间的关系,利用Zemax光学软件设计了一种结构紧凑、主三镜一体化的离轴三反光学天线.设计结果表明:全视场光学像质优于衍射极限,主镜和三镜空间位置相接近,可共母板加工和面形共基准检测,为主三镜的一体化加工提供了方法.光学天线的装调自由度减少了6个,降低了装调难度,提高了装调效率.

摘要： 传统的光斑中心计算误差评价方法仅依赖图像本身,并且与实际应用环境的耦合度较低,缺少客观的评价标准,通常采用同一位置光斑多次拍摄图片的均值来近似确定光斑中心;在这篇文章中提出一种基于空间激光通信光学天线子系统的中心检测误差评价方法,在进行系统标校之后,分别采用质心法、Hough变换法和圆拟合的圆心检测方法,通过与激光通信信号光紧密耦合来评价信标光中心计算方法的误差性能;实验结果表明,在所述的实验环境和条件下,质心法准确性较高;在应用层面,该评价方法可以为图像探测单元的方案取舍提供参考.

摘要： 随着空间应用领域的扩展,卫星激光通信凭借其在速率、带宽、体积、重量和功耗等方面的优势而得到广泛应用.对于卫星光通信来说,终端光学系统的性能直接影响通信的可靠性和稳定性,本文根据激光通信中收发一体、双向双工工作模式对收发隔离度的要求,采用Code V软件完成了830 nm激光通信终端光学系统设计,实现物方全视场15 mrad,全视场MTF值>0.65@100线对/mm,限制光线出射角不小于8°,设计结果满足系统使用要求.通过对光学系统杂散光分析与抑制技术研究,控制轴外杂散光在离轴角5°～20°时杂散光抑制能力大于45 dB且20°时大于60 dB.实验结果给出830 nm激光通信终端光学系统光路图并对系统轴外杂光范围及抑制能力进行了测试,测试结果与仿真的结果一致,满足卫星激光通信系统使用要求.

摘要： 表面等离激元是一种存在于金属(或掺杂半导体)-介质界面的电磁极化和振荡现象,可以显著增强纳米尺度光与物质的相互作用,在波导、生化传感、超快调制、探测以及非线性光学等领域具有重要应用前景。表面等离激元的激发主要采用受衍射极限限制的光学激发方式,通常需要棱镜、光栅等大尺寸光学元件的辅助,这极大限制了等离激元器件的小型化和片上高密度集成。通过将等离激元纳米结构和隧道结集成起来,低能量的隧穿电子可以直接激发该结构的等离激元模式,具有超小尺寸、超快调制速度等优点。本文将回顾基于电子隧穿效应的表面等离激元激发的研究历史,并着重介绍该领域的最新研究进展。

摘要： 目前研究人员提出了各种光学天线以线性方式控制辐射图,而较大的非线性效应可以引起天线的折射率的变化,从而改变辐射方向图。通过修正电子的有效质量进而完善Drude模型,可得到氧化铟锡(ITO)的非线性折射率与频率和强度的函数关系,进而可知由ITO制成的纳米天线会表现出极大的光学Kerr效应。本文研究了ITO天线的线性和非线性响应。利用ITO的Kerr效应控制天线的辐射方向图。基于该模型,设计了一种非线性光学天线,实现了覆盖近红外波段(1000~1650 nm)的可调谐辐射方向图。进一步,基于ITO和介电材料硅(Si)设计了一种杂化的非线性光学天线。该杂化天线可以更好地利用ITO的强Kerr效应,可以较大程度上对光场辐射进行调控。该工作突破了新型非线性材料的强Kerr效应仅局限于特定共振频率点或者零折射率点这一特点。本研究提供一种用于超快动态控制超材料的新颖方法,可应用于光束转向和光学调制等。

摘要： 针对共口径偏振复用空间激光通信光学天线采用双色分光片分光而浪费高效率波段的问题,利用偏振分光棱镜、法拉第旋光器等器件设计了一种分光束结构.根据现有空间激光通信器件参数,分析了空间激光通信系统对分光束结构的隔离度的需求,计算了该结构的隔离度与光学损耗,并分析了其适用范围.计算结果表明该结构可以应用于共口径偏振复用空间激光通信光学系统.

摘要： 受空间所限,激光通信地面测试平台与被测终端之间的距离远小于实际通信距离,导致测试平台光机等器件产生的后向散射杂光进入被测终端,从而严重影响被测终端的测试性能.从被测终端与测试平台间的光学干扰问题出发,本文研究了被测终端与测试平台间隔离度的关系,分别设计了卡塞格林和离轴三反光学天线,并根据杂散光传输模型,采用杂散光分析软件分析了光学天线结构形式及表面粗糙度两方面对隔离度的影响.分析结果表明,采用离轴三反光学天线时的隔离度明显高于卡塞格林光学天线,且隔离度随着光学表面粗糙度的减小而增大,当光学表面的粗糙度达到0.892 nm时,隔离度可达-86.22 dB.最后,推导了ABg模型与Harvey模型参数间的关系,并根据粗糙度与TIS计算公式,得出粗糙度分别为0.7 nm及0.5 nm的ABg模型参数,它们的终端间隔离度分别为-94.39 dB和-97.3 dB,实现了-90 dB的隔离度指标.

摘要： 本文介绍了二维光子晶体波导在光学天线小型化中的应用,提出了使用二维光子晶体波导((Photonic Crystal Waveguide)制作集成光学器件,替代传统光学透镜和反射镜,控制光学天线中光的传播,从而达到光学天线小型化的目的.针对空间光通信的特点,使用平面波展开法(Plane WaveExpansion Method, PWE Method)优化设计了二维正方晶格光子晶体波导结构,并计算了其禁带特性;使用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain Method,FDTD Method)模拟了光波在直角光子晶体波导中的传输。

摘要： 利用传输矩阵法，分析了影响缺陷层为F，结构为A(BA)NF(AB)MA的一维光子晶体透过率的几个因素，给出了一维光子晶体滤波器的设计方法，利用一维光子晶体中TM模与TE模的本征方程，针对光通信中常用的波长进行了光子晶体全反射镜设计和优化，指出了一维光子晶体器件在卡塞格伦光学天线系统的应用。

摘要： 针对光纤光谱仪常规光纤探头接收面积小,难以探测远距离脉冲激光波长的情况,本文提出用带有光学天线的光纤光谱仪对脉冲激光幅度和波长进行测试的整体技术方案.通过对望远系统、光纤光锥、反射光锥等光学天线的接收角及光学增益进行的大量实验.结果表明:采用不同的光学天线,可增大接收角或光学增益,实际应用中可以根据具体需要选择不同的光学天线.

摘要： 本文用数值方法分析了基于正方晶格介质柱的耦合型光子晶体波导的传输特性,分析了色散关系随缺陷区半径的变化。基于耦合型光子波导设计了3dB光束分束器,且单端口效率可以达到49.7%,比传统的玻璃分束器的效率高的多。新型分束器具有较高的效率且易于集成,必然在未来空间光通信小型化的趋势下,发挥重要作用。

摘要： 本文分析了在星间多波长激光通信中,光学系统带宽对通信的影响。从光学天线的增益和分辨率考虑时,得出了使用DWDM技术比CWDM技术更有优越性的结论。光学天线的分辨率与捕获、跟踪、瞄准(ATP)系统的关系很密切。因此,文中还分析了光学系统的带宽对光学天线分辨率的影响。光学天线的孔径固定后,用CWDM技术时的天线增益及分辨率的变化远大于使用DWDM技术时的变化。

摘要： 本文分析了在星间多波长激光通信中,光学系统带宽对通信的影响。从光学天线的增益和分辨率考虑时,得出了使用DWDM技术比CWDM技术更有优越性的结论。光学天线的分辨率与捕获、跟踪、瞄准(ATP)系统的关系很密切.因此,文中还分析了光学系统的带宽对光学天线分辨率的影响。光学天线的孔径固定后,用CWDM技术时的天线增益及分辨率的变化远大于使用DWDM技术时的变化。

摘要： 在星地激光通信链路总体设计思路的基础上对光学天线设计过程中所涉及到的系统指标进行分配,根据光学天线增益的分析结果调整Ritchey-Chretien卡塞格伦望远镜的主次镜半径和间隔,以及对焦距和场镜的选择,运用光学设计软件CODEV对设计参数进行优化仿真,得出了仿真结果,最终使系统能够获得优化的设计性能以满足星地激光通信系统中收发合一光学天线设计需要.

摘要： 利用ANSYS有限元分析软件,对采用潜望式结构并暴露在舱外的星载激光通信天线光学反射镜进行了热变形分析,分析主要针对采用压圈法夹持方式下径向压力大小与镜体轴向变形最大值之间的对应关系.结合弹性力学理论对仿真结果进行了分析,讨论了夹持力大小对镜体轴向变形的影响.

摘要： 目前正在发展卫星间激光链路提供宽带业务传输.星间激光通信使得速率为Gbit的激光星间链路(ISLs)成为可能,以此来构建一个全球通信的光骨干网.本文介绍了星间激光通信链路及特点并讨论了光学系统部分以及其中的光学天线技术。

摘要： 提出一种运动无线光通信系统。该系统的光发射接收子系统采用单发单收的设计方法，以提高发射和接收效率，并给出了视频、音频、以太网、数据分接/复接等模块的设计方法，最后给出了一个运动无线光通信系统的设计实例。实验结果表明，共信号传输速率为240Mbps，通信波长为1550nm，传输距离为130m，全双工通信，运动速度为(200～300)m/min,传输内容为以太网、RS485数据、声音/图像、急停信号等。

摘要： 本发明涉及一种用于从天线阵列(12)接收信号的光接收装置(16)，该光接收装置包括：‑光源(62)，该光源生成光学载波和相对于光学载波发生频移的M个相控光束；‑采集电路(64)，该采集电路包括连接到天线(18)的N条路径(74)，并且包括入射信号的调制器(78)；以及‑波束成形网络(66)，该波束成形网络将(M+1)个第一端口(86)连接到N个第二端口(88)，这些第二端口连接到一条路径(74)，M个第一端口(90)连接到光束和控制端口(92)，该控制端口连接到其它端口(86、88)，使得控制端口(92)上的最大光强度对应于N个第二端口(88)上的相位信号。

摘要： 本发明公开了一种接收旋转运动发射天线信号的折射式光学接收天线，包括从光束入射方到光束出射方依次设置的第一组双胶合透镜和第二组双胶合透镜，第一组双胶合透镜的前片为双凸透镜，后片为平凹透镜并且凹面在光束入射方一侧；第二组双胶合透镜的前片为平凸透镜且平面在光束出射方一侧，后片为平凹透镜且平面在光束入射方一侧。本发明采用两组双胶合球面镜的组合，可以使折射式光学接收天线的FNO≈1，具有较好的光学效果，能够接收旋转运动的光学发射天线发射的光信号，实现旋转体向固定体上的数据传输。

摘要： 本发明涉及一种用于从天线阵列(12)接收信号的光接收装置(16)，该光接收装置包括：‑光源(62)，该光源生成光学载波和相对于光学载波发生频移的M个相控光束；‑采集电路(64)，该采集电路包括连接到天线(18)的N条路径(74)，并且包括入射信号的调制器(78)；以及‑波束成形网络(66)，该波束成形网络将(M+1)个第一端口(86)连接到N个第二端口(88)，这些第二端口连接到一条路径(74)，M个第一端口(90)连接到光束和控制端口(92)，该控制端口连接到其它端口(86、88)，使得控制端口(92)上的最大光强度对应于N个第二端口(88)上的相控信号。

摘要： 本发明公开了一种接收旋转运动发射天线信号的折射式光学接收天线，包括从光束入射方到光束出射方依次设置的第一组双胶合透镜和第二组双胶合透镜，第一组双胶合透镜的前片为双凸透镜，后片为平凹透镜并且凹面在光束入射方一侧；第二组双胶合透镜的前片为平凸透镜且平面在光束出射方一侧，后片为平凹透镜且平面在光束入射方一侧。本发明采用两组双胶合球面镜的组合，可以使折射式光学接收天线的FNO≈1，具有较好的光学效果，能够接收旋转运动的光学发射天线发射的光信号，实现旋转体向固定体上的数据传输。

摘要： 本申请公开光学对准的标准增益喇叭天线及其激光发光/受光标准增益喇叭天线，包括喇叭座、喇叭主体和激光发光/受光电路，所述喇叭座与喇叭主体固定，所述激光发光/受光电路的激光输出/输入模块位于所述喇叭座的中间偏向喇叭主体的一侧，并朝所述喇叭主体向外输出激光/接收经所述喇叭主体向内输入的激光。通过激光输出模块的激光发射和激光输入模块的激光接收，实现光学对准。发光喇叭天线采用发光管，受光喇叭天线采用感光管，其天线对准轴线与天线的最大辐射方向一致，采用光学对准，测试直观且效率高。

摘要： 本发明提供了一种光学天线、相控阵激光雷达及光学天线的制备方法。该光学天线包括：SOI衬底，波导结构层，间隔层，光栅结构层及保护层；SOI衬底包括：底部硅层，埋氧化层及顶部硅层；在SOI衬底的顶部硅层形成波导结构层，在波导结构层的上方依次设置有间隔层，光栅结构层及保护层；由于光栅结构层的折射率与间隔层及保护层的折射率的差值均大于预设阈值且光栅结构层的折射率高于间隔层及保护层的折射率，所以该光栅结构层具有高折射率对比度，使光波在波导结构层发生衍射时，能够消除SOI衬底方向的衍射，光波能够成功向上发射，从而获得高的辐射效率，进而大大提高光学天线的利用率。

摘要： 本发明提供了一种光学天线、相控阵激光雷达及光学天线的二维扫描方法，该光学天线，包括：SOI衬底，波导结构层，间隔层，环形光栅结构层及保护层；在SOI衬底的顶部硅层形成波导结构层，在波导结构层的上方依次设置有间隔层，环形光栅结构层及保护层；波导结构层包括：辐射型条形波导阵列，模斑转换结构和圆形平板耦合区；辐射型条形波导阵列和圆形平板耦合区之间通过模斑转换结构连接；环形光栅结构层的折射率与间隔层及保护层的折射率的差值均大于预设阈值且所述环形光栅结构层的折射率高于所述间隔层及所述保护层的折射率。光波能够成功向上发射并抑制向下发射，从而获得高的辐射效率，并且辐射型条形波导阵列可分为多组，各组不同方向的光分时工作可实现二维扫描。

摘要： 本发明提供了一种光学天线、相控阵激光雷达及光学天线的制备方法。该光学天线包括：SOI衬底，波导结构层，间隔层，光栅结构层及保护层；SOI衬底包括：底部硅层，埋氧化层及顶部硅层；在SOI衬底的顶部硅层形成波导结构层，在波导结构层的上方依次设置有间隔层，光栅结构层及保护层；由于光栅结构层的折射率与间隔层及保护层的折射率的差值均大于预设阈值且光栅结构层的折射率高于间隔层及保护层的折射率，所以该光栅结构层具有高折射率对比度，使光波在波导结构层发生衍射时，能够消除SOI衬底方向的衍射，光波能够成功向上发射，从而获得高的辐射效率，进而大大提高光学天线的利用率。

摘要： 本发明提供了一种光学天线(300)、光学相控阵发射机以及使用上述装置的激光雷达系统。所述光学天线(300)包括基底，构成具有第一材料的反射层(310)至少一部分；波导层(350)，布置在反射层(310)上方并包括第二材料；分隔层(330)，布置在波导层(350)和反射层(310)之间并包括第三材料。所述波导层(350)还具有第一光栅阵列(359)。所述反射层(310)用于反射由波导层(350)向下发射的光。第三材料的折射率小于第一材料或第二材料的折射率。

摘要： 本实用新型涉及一种多波束发射多天线接收红外传输光学天线，其特征在于，由2路接收天线、发射天线、目测瞄准器、除霜玻璃、机壳组成，2路接收天线对称地设于机壳内的对角，发射天线分2对对称设于机壳内另一对角，目测瞄准器设于一对发射天线的一边，除霜玻璃置于机壳的一边。本实用新型的优点是效率高、成本低、便于批量化生产。