一种多用途激光通信光学天线系统的制作方法

本发明属于空间光学技术领域，具体涉及一种多用途激光通信光学天线系统。

背景技术：

随着空间光学遥感器指标的不断提升，对数据传输速率的要求也越来越高。由于空间激光通信传输速率高、保密性好等优点，该技术已经成为了空间光学领域研究的热点之一。

激光通信光端机需要安装在动态靶标上与系统进行联调，传统静态工况下使用的自准直平行光管无法满足系统调试中多次拆装、多角度、多工况使用的技术要求(参考文献：高明辉,李丽富,徐敬礼,鲍金河.一种新型多波段大口径平行光管的设计[j].红外与激光工程,2009,(04):698-701.车驰骋,李英才,樊学武,胡永明.离轴二镜平行光管的光学设计[j].光子学报,2008,(09):1793-1796.吉小辉,孙后环,周必方.大视场平行光管光学系统的研制[j].光学仪器,2008,(01):55-58.赵茗,黄德修,刘小英,黄维玲.离轴抛物面反射式平行光管的结构设计[j].华中科技大学学报(自然科学版),2005,(04):67-69.)，并且单独研制平行光管会增加额外的工作量与成本。因此迫切需要一种多用途的激光通信光学天线，兼具自准直平行光管的功能，并满足多次拆装、多角度、多工况的使用要求，为后续装校与调试工作提供技术支持。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明提出一种多用途激光通信光学天线系统，该系统可通过更换主镜室背板上的光学组件实现激光通信光学天线与自准直平行光管功能的切换，避免了单独研制平行光管增加的额外工作量与成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多用途激光通信光学天线系统，包括望远单元1、透镜组件2和分光组件3，其中望远单元1包括主镜11、主镜室12、主镜室背板13、主镜辅助支撑组件14和次镜组件15，其中主镜室12前端面延长至次镜组件15处，并通过主镜室12上的机械接口与次镜组件15中的“盘式”次镜架固定连接，次镜通过次镜座固定在次镜架上，主镜室12后端面与主镜室背板13通过止口配合连接并固定，通过止口配合保证了主镜室12与主镜室背板13的机械轴同轴，其特征在于主镜室12后端面内部径向方向上均匀设置了6个宽度为4mm，深度为1mm的注胶槽16，通过对注胶槽16进行注胶将主镜11胶结在主镜室12中，主镜11中部中空，主镜室背板13中部为中空孔131，中空孔131的直径与主镜11中部中空处的孔直径相同，主镜11与主镜室12通过主镜定位止口17配合连接控制光轴与机械轴的同轴度，多组主镜辅助支撑组件14对主镜11进行支撑，其中每一组主镜辅助支撑组件14的一面均与主镜11相接触，进行浮动支撑，另一面均固定在主镜室背板13上；在主镜室背板13的外侧面中空孔131处设置有安装孔位部件132，安装孔位部件132为正方形且其中部设有与中空孔131同直径的孔，两个孔对齐后固定安装孔位部件132，安装孔位部件132上围绕中空孔131设置有按照正方形四个角分布的透镜组件安装螺钉孔133以及在安装孔位部件132一角处沿着中空孔131切线方向设置的两个透镜组件定位销孔134，安装孔位部件132的四角处均设置有分光组件安装螺钉孔135，在透镜组件定位销孔134对着的安装孔位部件132的一角上沿着中空孔131切线方向设置有两个分光组件定位销孔136；在需要实现激光通信光学天线功能时，将透镜组件2穿过主镜室背板13的中空孔131并伸入主镜11的中部中空处，通过透镜组件定位销孔134定位并通过透镜组件安装螺钉孔133螺栓连接在主镜室背板13上；在需要实现自准直平行光管功能时，将分光组件3通过分光组件定位销孔136定位并通过分光组件安装螺钉孔135螺栓连接在主镜室背板13的外侧面上。

所述的透镜组件2包括镜筒21、光学镜片22和修研隔圈23，其中镜筒21内部设置有凸台，多个光学镜片22通过凸台进行轴向定位安装在镜筒21内，光学镜片22的间距通过修研隔圈23进行调整，前压圈24与后压圈25分别设置在最前端的光学镜片22前面和最后端的光学镜片22后面并分别与镜筒21固定连接，用于压紧光学镜片22。

所述的分光组件3包括相机31、相机连接环32、调焦套筒33、棱镜座34、光纤安装筒35、光纤头36、光纤座37、光纤座安装件38和垫片39；其中相机31置于相机连接环32上并固定，相机连接环32置于调焦套筒33上实现配合连接，使得相机31可以通过相机连接环32的导向在调焦套筒33的轴向方向滑动，进行相机31焦面的调整；调焦套筒33固定在棱镜座34上，棱镜座34用于与主镜室背板13连接的一端设置有棱镜座垫片341，棱镜座34与棱镜座垫片341通过分光组件定位销孔136定位并通过分光组件安装螺钉孔135螺栓连接在主镜室背板13上，然后将相机固定架311固定在棱镜座34与相机31上；光纤安装筒35一侧固定在棱镜座34上，另一侧顺序连接有垫片39、光纤座安装件38、光纤座37以及光纤头36，垫片39、光纤座安装件38、光纤座37以及光纤头36间均固定连接，通过在光纤座37与光纤头36间设置修研垫片可以调整光纤头36的前后位置，即光源的离焦量。

所述的主镜室12内部设计有多个环形光阑121。

所述的主镜辅助支撑组件14包括：辅助支撑盘141、球头螺柱142和压板143，其中辅助支撑盘141与压板143固定连接，球头螺柱142球头端穿过压板143伸入辅助支撑盘141中，球头螺柱142螺柱端与主镜室背板13连接，使用时辅助支撑盘141紧贴着主镜11进行支撑；主镜辅助支撑组件14通过旋转球头螺柱142调节主镜辅助支撑组件14相对于主镜室背板13的位置进而改变对于主镜11的支撑力，球头螺柱142的球头部分能够保证辅助支撑盘141时刻与主镜11紧密贴合，使背部预紧力总是垂直于主镜11背面方向。

所述的主镜室12以及主镜室背板13均采用比刚度较高的钛合金进行加工，主镜11选取h-k9l玻璃作为主镜的材料，次镜选用微晶玻璃作为材料，次镜座采用铟钢，其余材料采用铝合金。

本发明的优点在于：

本发明旨在提出了一种多用途激光通信光学天线系统，该系统可通过更换主镜室背板上的光学组件快速进行激光通信光学天线与自准直平行光管的功能切换，避免了单独研制平行光管增加的额外工作量与成本。

为了提高激光通信系统的环境适应性、降低研制成本、缩短研制周期，主镜室以及主镜室背板作为主要承力零件均采用比刚度较高的钛合金进行加工，能够提高系统的整体刚度，由于主镜是直接粘接在主镜室中，当环境温度发生改变时主镜室的热变形将直接影响主镜的面形误差，因此选取h-k9l玻璃作为主镜的材料，其线膨胀系数与钛合金接近，次镜选用微晶玻璃作为材料，次镜座采用铟钢与其配合使用环境适应性较好，其余材料对系统性能影响较小，采用铝合金，重量轻、经济性较好。

本发明提出的一种多用途激光通信光学天线，基于对多种材料热学性能的分析对比，进行合理的搭配使用，提高了在环境温度发生改变时光学系统像质的稳定性，降低了研制成本；采用盘式次镜架的设计、承力一体式主镜室、六点周边粘接及背部辅助支撑的主镜支撑方式，令整个系统具有较高的动态结构刚度，提高了次镜组件的位置稳定性，增加了系统的整体刚度；主镜室内部设计多个环形光阑，保证光学系统不受视场外杂光影响，使主镜室同时具备了光学系统遮光罩的功能，能够满足多工况下的使用需求。

主镜室与主镜通过外圆周面的六个粘接点与主镜室进行固定，配合主镜背部的辅助支撑组件，能够保证光学天线在多种环境下使用的安全性；主镜室后端面与主镜室背板相连，主镜室背板上安装透镜组件时，系统具备激光通信光学天线的功能，主镜室背板上安装分光组件时，系统具备自准直平行光管的功能，透镜组件与分光组件可方便进行替换安装。

多功能激光通信光学天线的应用，能够使多个从属光端机互为基准、互相标定，大大提高了装校与调试效率，对激光通信载荷具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明实现激光通信光学天线功能时的结构示意图。

图2为本发明实现自准直平行光管功能时的结构示意图。

图3为本发明主镜辅助支撑组件剖面图。

图4为本发明主镜辅助支撑组件立体图。

图5为本发明透镜组件结构示意图。

图6为本发明分光组件结构示意图。

图7为本发明分光组件结构示意图。

图8为本发明注胶槽分布示意图。

图9为本发明安装孔位部件上布置连接孔示意图。

图10为本发明安装孔位部件结构示意图。

图11为本发明实现激光通信光学天线功能时使用状态示意图。

图12为本发明自准直平行光管功能时使用状态示意图。

其中：1望远单元；11主镜；12主镜室；121环形光阑；13主镜室背板；131中空孔；132安装孔位部件；133透镜组件安装螺钉孔；134透镜组件定位销孔；135分光组件安装螺钉孔；136分光组件定位销孔；14主镜辅助支撑组件；141辅助支撑盘；142球头螺柱；143压板；15次镜组件；16注胶槽；17主镜定位止口；2透镜组件；21镜筒；22光学镜片；23修研隔圈；24前压圈；25后压圈；3分光组件；31相机；32相机连接环；33调焦套筒、34棱镜座、35光纤安装筒、36光纤头、37光纤座、38光纤座安装件；39垫片；311相机固定架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明详细说明：

实施例1

一种多用途激光通信光学天线系统，包括望远单元1、透镜组件2和分光组件3，其中望远单元1包括主镜11、主镜室12、主镜室背板13、主镜辅助支撑组件14和次镜组件15，其中主镜室12前端面延长至次镜组件14处，并通过主镜室12上的机械接口与次镜组件14中的“盘式”次镜架固定连接，次镜通过次镜座固定在次镜架上，主镜室12后端面与主镜室背板13通过止口配合连接并通过螺钉固定，通过止口配合保证了主镜室12与主镜室背板13的机械轴同轴，如图8所示，其特征在于主镜室12后端面内部径向方向上均匀设置了6个宽度为4mm，深度为1mm的注胶槽16，通过对注胶槽16进行注胶将主镜11胶结在主镜室12中，主镜11中部中空，主镜室背板13中部为中空孔131，中空孔131的直径与主镜11中部中空处的孔直径相同，且主镜11与主镜室12通过主镜定位止口17控制光轴与机械轴的同轴度，如图1所示，三组主镜辅助支撑组件14对主镜11进行支撑，其中每一组主镜辅助支撑组件14的一面均与主镜11相接触，进行浮动支撑，另一面均与主镜室背板13通过螺纹固定连接，如图9、10所示，主镜室背板13外侧面中部中空孔131处设置有安装孔位部件132，安装孔位部件132为正方形且其中部设有与中空孔131同直径的孔，两个孔对齐后固定安装孔位部件132，安装孔位部件132上围绕中空孔131设置有按照正方形四个角分布的透镜组件安装螺钉孔133以及在安装孔位部件132一角处沿着中空孔131切线方向设置的两个透镜组件定位销孔134，安装孔位部件132的四角处均设置有分光组件安装螺钉孔135，在透镜组件定位销孔134对着的安装孔位部件132的一角上沿着中空孔131切线方向设置有两个分光组件定位销孔136；如图1所示，在需要实现激光通信光学天线功能时，将透镜组件2穿过主镜室背板13并伸入主镜11的中部中空处，通过安装孔位部件132上的透镜组件定位销孔134定位并通过透镜组件安装螺钉孔133螺栓连接在主镜室背板13上且在连接处设置有垫片211；如图2所示，在需要实现自准直平行光管功能时，将分光组件3通过安装孔位部件132上的分光组件定位销孔136定位并通过分光组件安装螺钉孔135螺栓连接在主镜室背板13上。

如图5所示，所述的透镜组件2包括镜筒21、光学镜片22和修研隔圈23，其中镜筒21内部设置有凸台，光学镜片通过凸台进行轴向定位安装在镜筒21内，光学镜片22的间距通过修研隔圈23进行调整，前压圈24与后压圈25分别设置在最前端的光学镜片22前面和最后端的光学镜片22后面并分别与镜筒21固定连接，用于压紧光学镜片22；使用时，镜筒21穿过主镜室背板13并伸入主镜11的中部中空处，镜筒21的末端围檐卡在主镜室背板13上，并通过主镜室背板13上的安装孔位部件132上的透镜组件定位销孔134定位，通过透镜组件安装螺钉孔133螺栓连接在主镜室背板13外侧面上，在连接处设置有垫片211。

如图6、7所示，所述的分光组件3包括相机31、相机连接环32、调焦套筒33、棱镜座34、光纤安装筒35、光纤头36、光纤座37、光纤座安装件38和垫片39；其中相机31通过螺纹置于相机连接环32上并固定，相机连接环32置于调焦套筒33上实现配合连接，使得相机31可以通过相机连接环32的导向在调焦套筒33的轴向方向滑动，进行相机31焦面的调整；调焦套筒33通过螺纹固定在棱镜座34上，棱镜座34用于与主镜室背板13连接的一端设置有棱镜座垫片341，棱镜座34与棱镜座垫片341通过分光组件定位销孔136定位并通过分光组件安装螺钉孔135螺栓连接在主镜室背板13上，然后将相机固定架311固定在棱镜座34与相机31上；光纤安装筒35一侧固定在棱镜座34上，另一侧顺序连接有垫片39、光纤座安装件38、光纤座37以及光纤头36，垫片39、光纤座安装件38、光纤座37以及光纤头36间均固定连接，通过在光纤座37与光纤头36间设置修研垫片可以调整光纤头36的前后位置，即光源的离焦量。

如图1、2所示，所述的主镜室12内部设计有多个环形光阑121。

如图3所示，所述的主镜辅助支撑组件14包括：辅助支撑盘141、球头螺柱142和压板143，其中辅助支撑盘141与压板143固定连接，球头螺柱142球头端穿过压板143伸入辅助支撑盘141中，球头螺柱142螺柱端与主镜室背板13固定连接，使用时辅助支撑盘141紧贴着主镜11进行支撑；主镜辅助支撑组件14通过旋转球头螺柱142调节主镜辅助支撑组件14相对于主镜室背板13的位置进而改变对于主镜11的支撑力，球头螺柱142的球头部分能够保证辅助支撑盘141时刻与主镜11紧密贴合，使背部预紧力总是垂直于主镜11背面方向。

主镜室以及主镜室背板均采用比刚度较高的钛合金进行加工，主镜选取h-k9l玻璃作为主镜的材料，次镜选用微晶玻璃作为材料，次镜座采用铟钢，其余材料采用铝合金。