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自由空间光通信光学天线系统设计作者：陈志康陈姝君吴骏一包祖超魏恒杰来源：《无线互联科技》2024年第08期摘要：文章专注于光学天线发射系统的理论研究与实际设计，通过缩放法来计算光学系统的初始结构。
选择卡塞格伦系统作为研究对象，该系统由一个抛物面主镜和一个双曲面副镜构成。
通过使用Zemax软件进行模拟，文章构建了一款卡塞格伦发射系统，其特点为体积小型化且像质优良。
通过对系统结构进行优化，使得光斑弥散值为2.157 μm，波前差为0.0166个波长，像质优良。
模拟结果显示，该系统在5 km的距离上，发射功率可达174 MW，发射效率达到了87%。
文章不仅提供了一种有效的光学天线设计方法，还对光学天线的实际应用有一定的指导意义。
关键词：仪器科学与技术；自由空间光通信；光学天线技术；卡塞格伦天线结构；缩放法中图分类号： TN929.11 文献标志码： A0 引言自由空间光通信（Free Space Optical Communication，FSO）是一种以激光为信息媒介，实现高速数据传输的通信策略，被视为现今大容量空间通信领域的关键研究方向［1］。
FSO系统拥有大容量、高速率、小体积、轻重量、低功耗、高可靠性、出色的保密性和安全性等特點。
在空间通信需求逐年扩大的背景下，FSO的独特优势受到了广泛关注。
光学系统作为光通信系统中最基础且最关键的部分，其设计的优劣直接影响空间光通信系统的主要技术指标，而光学天线则是光学系统的核心。
随着光通信任务和要求的持续发展，光通信系统对光学系统的发射和接收性能的需求越来越高。
因此，本研究深入探讨了光学天线系统的设计原理和方法，对设计系统进行了测试和性能分析［2］。
1 光学天线系统的选择准则在星际激光通信系统中，天线选择的准则主要包含以下几个方面。
（1）高效能与低光损失：为保障通信的顺畅，本研究需要选取能量损失小、效率高且增益足够大的天线。
（2）光路设计的便利性：星际激光通信需要复杂的空间光束捕获跟踪对准ATP（Acquisition，Tracking and Pointing）子系统。
基于ZEMAX的激光与多模光纤耦合系统设计石科仁;朱长青【摘要】针对半导体激光器远场光强分布不对称的特点,利用ZEMAX软件的近轴平面XY实现对激光器快慢轴不同发散角的模拟.依据多模光纤的数值孔径和芯径的要求,结合几何光学进行光线追迹分析,并用ZEMAX进行了参数优化,得到了耦合系统的三维视图,系统像面光斑尺寸满足多模光纤耦合要求.最后,对耦合系统进行了测试实验.【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2016(040)005【总页数】3页(P43-45)【关键词】半导体激光器;耦合系统;ZEMAX;几何光学;多模光纤【作者】石科仁;朱长青【作者单位】军械工程学院车辆与电气工程系,石家庄050003;军械工程学院车辆与电气工程系,石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】TN36;O435.1半导体激光器体积小，重量较轻，光电转换效率高，在半导体激光光纤耦合技术领域应用广泛[1]。
但是，由于半导体激光器的有源层宽厚比相差太大，导致其远场光强分布不对称：光束在垂直于PN结方向（即快轴方向）发散角远大于平行于PN结方向（即慢轴方向）的发散角，这一特点为激光器的设计与仿真模拟增加了难度。
激光与多模光纤的耦合方式包括光纤端面制成微透镜的方式和分立的微光学元件的方式两种[2]。
大多数耦合装置采用球面微透镜进行耦合，但考虑到透镜个数较大导致的系统体积的增加，以及先准直后聚焦过程导致的光功率的损耗，本文拟采用圆柱形透镜将激光束耦合进多模光纤，简化了耦合过程，减少了能量损失。
我们课题组购置的半导体激光器的光源宽度为（1×100）μm，快轴的发散角约为30°，慢轴发散角接近6°，而且在近轴像面上存在像差。
基于此，本文采用ZEMAX软件的近轴XY面设计。
首先确定一个初始的发散角，让其与慢轴发散角6°相同，根据数值孔径计算公式NA=nsinα，物空间数值孔径为0.0523，光束类型选择高斯光束，波长选择1.03μm。
文章编号 2095-1531（2021）05-1184-10大型光学红外望远镜拼接非球面子镜反衍补偿检测光路设计王丰璞1,2,3，李新南1,2 *，徐 晨1,2，黄 亚1,2（1. 中国科学院 国家天文台 南京天文光学技术研究所，江苏南京 210042；2. 中国科学院天文光学技术重点实验室 (南京天文光学技术研究所)，江苏南京 210042；3. 中国科学院大学，北京 100049）摘要：为了实现大口径、长焦距、批量化离轴镜面的高精度面形检验，本文提出了一种零位反衍补偿检测方案，采用计算全息和球面反射镜共同对离轴镜面法向像差进行补偿，检测光路波像差残差接近于零。
检测方案为非轴对称离轴结构，设计了相应的全息对准光路，以保证检测光路装调切实可行。
不同离轴量子镜检测光路参数完全一致，仅需更换相应位置计算全息片、调整待测镜空间姿态，即可实现不同类型镜面的快速批量化检验。
误差分析结果表明，由补偿元件制造误差、光路失调、干涉仪面形测量重复性以及干涉仪标准球面波偏差引起的待测镜面形误差小于λ/40 (RMS 值，λ=632.8 nm)。
关 键 词：非球面测量；离轴子镜；零位检验；计算全息；反射补偿中图分类号：O439 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2020-0218Optical testing path design for LOT aspheric segmented mirrors withreflective-diffractive compensationWANG Feng-pu 1,2,3，LI Xin-nan 1,2 *，XU Chen 1,2，HUANG Ya 1,2（1. National Astronomical Observatories Nanjing Institute of Astronomical Optics &Technology , Chinese Academy of Sciences , Nanjing 210042, China ；2. CAS Key Laboratory of Astronomical Optics & Technology , Nanjing Institute ofAstronomical Optics & Technology , Nanjing 210042, China ；3. University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China ）* Corresponding author ，E-mail : *************.cnAbstract : In order to achieve high precision surface testing for the large diameter and long focal length off-axis segmented mirrors, we designed a reflective diffractive compensation null testing system. Using a com-puter-generated hologram and a spherical mirror to compensate for normal aberration of the off-axis mirror.The design results show that the residual wavefront error of the optical path is close to zero. For a testing sys-tem, CGH alignment optical paths corresponding to the non-axisymmetric off-axis structure are designed to ensure the feasibility of the assembly. Parameters of the optical path testing for different off-axis distance收稿日期：2020-12-28；修订日期：2021-01-07基金项目：国家自然科学基金(No. 11627804)Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 11627804)第 14 卷 第 5 期中国光学Vol. 14 No. 52021年9月Chinese OpticsSept. 2021mirrors are the same. Rapid high-precision null testing of different types of segmented mirrors can be achieved simply by replacing the CGH at corresponding position and adjusting the spatial positions of the mirror to be measured. Error analysis shows that the RMS error of the mirror surface to be measured is better than λ/40 (λ=632.8 nm), which is caused by the manufacturing error of the compensating elements, misalign-ment of the optical path, repeatability of the interferometer surface measurement and standard spherical wavefront deviation of the interferometer.Key words: aspheric surface measurement；off-axis segmented mirror；null testing；computer-generated holo-gram；reflective compensation1 引 言大型反射式天文光学望远镜为由两个非球面反射镜组成的两镜系统，或在此基础上增加一个非球面反射镜以改善成像质量的三镜系统[1]，其中主镜通常为焦比较小的凹非球面，其口径大小表征望远镜的集光能力。
大面阵长波红外光学无热化镜头的设计陈潇【摘要】红外成像随着红外探测器技术及红外材料的发展,一方面是走向大面阵,另一方面是走向无热化.文中设计了一款用于大面阵(1024×768,17 μm)长波红外光学无热化镜头.系统由4片透镜组成,采用两种红外材料组合设计和两面非球面校正系统像差设计,焦距为90 mm,相对孔径为1∶1,全视场角为13.8°,总长为108mm.设计结果表明:在空间频率为30 lp/mm,0视场的MTF值大于0.45,接近于衍射极限,1视场的MTF大于0.35,在-60℃～+100℃温度范围内,各视场MTF值与常温变化不大,满足光学无热化设计.该镜头结构简单、紧凑、工艺性良好,易于加工,易于实现.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2018(040)011【总页数】4页(P1061-1064)【关键词】大面阵;无热化;非球面;长波红外;光学设计【作者】陈潇【作者单位】南京邮电大学通达学院电子工程学院,江苏扬州225127【正文语种】中文【中图分类】O439随着红外光学的发展，无论是在军事还是在民用领域均对红外镜头有着很高的需求量。
由于非制冷红外镜头成本低，结构简单，市场需求量也日益增多。
进而对非制冷镜头视场角及环境适应性的要求也越来越高，尤其是在高低温环境中。
目前，市场上大多数的红外镜头都是匹配384×288，25mm或640×512，17mm探测器，而大多数的无热化设计是通过机械主动补偿方式实现高低温补偿，也有少部分产品实现了机械被动无热化设计，还有少量的镜头实现了光学被动无热化设计[1-3]。
其中这部分光学被动无热化镜头分为两类：一是采用多种材料组合与非球面实现，这部分镜头大多数都是短焦镜头；二是对于焦距稍长的系统，大多采用折/衍混合实现，像质良好，在无热化方面取得了重大突破。
为了满足大面阵探测器、高成像质量无热化设计及中长焦距段的长波红外镜头的需求，文中实现了一款长波红外光学无热化镜头。
