反射镜1和第二反射镜2的中间。即经第三反射镜3后出射的主光线与第 一反射镜1和第二反射镜2中心点连接而成的线段必相交于一点。
[0030]参见附图2、附图3,优化所述三块反射镜之间的距离，使得在不遮挡光束、各反射 镜之间避免互相干扰的前提下，三块反射镜之间的距离最短。设所述天线入瞳口径为d，并 认为光瞳中心的光线，即主光线在每块反射镜上的落点为反射镜的中心点。本实施例的入 瞳口径d (接收时)为100mm，所述主反射镜中心点A与第二反射镜中心点B的距离1:为130_， 第二反射镜中心点B和第三反射镜中心点C的距离1 2为150mm，第三反射镜中心点C和主反射 镜中心点A的距离13为166.5mm，满足Id 1.3d，l2< 1.6d，l3< 1.7d的条件。
[0031]所述天线光学结构的孔径光阑与所述主反射镜1重合。所述主反射镜1和第二反射 镜2光焦度为正值，第三反射镜3的光焦度为负值;为减小加工难度，光学口径最大的主反射 镜1无孔径离轴量。
[0032]为校正反射镜倾斜引起的像差，所述主反射镜1和第二反射镜2均为Zernike多项 式自由曲面，曲面方程满足式(1);第三反射镜3为偶次非球面，非球面方程满足式(2)。 [0033] 本发明中坐标定义如下:Y-Z平面为纸面，z轴水平向右，y轴在纸面内垂直于z轴向 上，x轴垂直于纸面向里，构成右手坐标系；
⑴
[0035]其中，C、k分别为曲面的曲率和圆锥常数，z伪泽尼克多项式第j项，c伪第j项的系 数，n为多项式项数，最高可用到66项。 (2)
[0037] 其中，C和k分别为曲面的曲率和圆锥常数，心、81、&、01为4、6、8、10阶非球面系数。
[0038]所述各反射镜具体参数参见表1:
[0039]表1天线光学结构详细参数
[0041]所述主反射镜1和第二反射镜2采用3-10项泽尼克多项式进行设计，Zernike各项 系数见表2。第三反射镜3采用最高项数为10次项的非球面偶次多项式，非球面各项系数见 表3〇
[0042]表2主反射镜、第二反射镜Zernike多项式各项系数
[0044]表3第三反射镜非球面系数
[0046] 附图4为本实施例出瞳（接收时）的波前像差，R M S值为0.010 w a v e s，P - V值为 0.073waves(A=1550nm)。可见本实施例给整个激光通信端机光学系统引入的波前差极小。
[0047] 本发明将主要应用于空间激光通信终端天线，其具有无色差的优点，可适用于任 意波长激光通信;无中心遮拦，避免能量损失;平行光入射的条件下可保证平行光出射，不 需中继光学系统，可直接与后续子光路进行衔接。天线结构简单、紧凑，体积重量小，有利于 光端机轻小型化，可广泛应用于飞机通信、卫星通信、星地通信等领域之中。
【主权项】
1. 一种紧凑型离轴三反射镜激光通信天线，包括:主反射镜（1)、第二反射镜(2)和第三 反射镜(3)，其特征在于： 1) 该天线为收发共孔径光学天线；进行接收时，来自远处的通信或信标光能量经过所 述主反射镜（1)反射后照到第二反射镜（2)，经过第二反射镜（2)反射后照到第三反射镜 (3)，最终变为口径窄于入射光口径的平行光出射，进行发射时，准直为平行光的激光能量 经过第三反射镜(3)反射后照到第二反射镜(2)，经过第二反射镜(2)反射后照到主反射镜 (1 )，最终变为口径宽于入射光口径的平行光出射； 2) 设所述天线入瞳口径为d，并认为光瞳中心的光线，即主光线在每块反射镜上的落点 为反射镜的中心点，设主反射镜中心点(A)和第二反射镜中心点（B)的距离为li，第二反射 镜中心点(B)和第三反射镜中心点（C)的距离为1 2，第三反射镜中心点（C)和主反射镜中心 点(A)的距离为13,则有下列等式成立:ld 1.3d，l2< 1.5d，l3< 1.7d。2. 根据权利要求1所述的紧凑型离轴三反射镜激光通信天线，其特征在于:进行通信或 信标接收时，所述的光学天线起到缩束的作用，缩束比5:1;进行通信或信标发射时，所述的 光学天线起到扩束的作用，扩束比为5:1。3. 根据权利要求1所述的紧凑型离轴三反射镜激光通信天线，其特征在于:所述的天线 进行通信或信标接收时，光束经第三反射镜(3)反射后，主光线出射的空间位置位于主反射 镜（1)和第二反射镜(2)的中间，即经第三反射镜(3)后出射的主光线与主反射镜中心点(A) 和第二反射镜中心点(B)连接而成的线段必相交于一点。4. 根据权利要求1所述的紧凑型离轴三反射镜激光通信天线，其特征在于:所述天线还 包括孔径光阑，该孔径光阑与主反射镜（1)重合;所述主反射镜（1)和第二反射镜(2)光焦度 为正值，第三反射镜(3)的光焦度为负值;主反射镜(1)无孔径离轴量。5. 根据权利要求1所述的紧凑型离轴三反射镜激光通信天线，其特征在于:所述主反射 镜（1)和第二反射镜(2)均为Zernike多项式自由曲面，曲面方程满足式（1);第三反射镜(3) 为偶次非球面，非球面方程满足式(2); 本发明中坐标定义如下:Y-Z平面为纸面，z轴水平向右，y轴在纸面内垂直于z轴向上，x 轴垂直于纸面向里，构成右手坐标系；(1 ) 其中，C、k分别为曲面的曲率和圆锥常数，z伪泽尼克多项式第j项，c伪第j项的系数，n 为多项式项数，最高可用到66项；(2) 其中，C和k分别为曲面的曲率和圆锥常数，六1、81、&、01为4、6、8、10阶非球面系数。
【专利摘要】本实用新型紧凑型离轴三反射镜激光通信天线属于无线光通信技术领域，该天线包括主反射镜、第二反射镜和第三反射镜。天线进行接收时，来自远处的激光能量依次经过主反射镜、第二反射镜和第三反射镜，最终变为口径窄于入射光的平行光出射。天线进行发射时，准直为平行光的激光能量依次经过第三反射镜、第二反射镜和主反射镜，最终变为口径宽于入射光口径的平行光出射。所述三块反射镜中心点的间距符合以下关系式：<i>l1</i>≤1.3<i>d</i>，<i>l2</i>≤1.5<i>d</i>，<i>l3</i>≤1.7<i>d</i>。其中，<i>d</i>为天线进行接收时的入瞳口径，<i>l1</i>、<i>l2</i>、<i>l3</i>分别为三块反射镜中每两块反射镜中心点的间距。该天线具有无色差，结构简单、紧凑，体积重量轻，易于与后续子光路衔接等优点，可广泛应用于飞机通信、卫星通信等领域之中。
【IPC分类】H04B10/40, G02B17/06, H01Q19/18
【公开号】CN205355261
【申请号】CN201520894081
【发明人】王超, 胡源, 董科研, 江伦, 安岩, 姜会林
【申请人】长春理工大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2015年11月11日