一种基于非球面整形器的高效空间光至单模光纤耦合系统的制作方法

本发明涉及一种基于非球面整形器的高效空间光至单模光纤耦合系统，属于空间激光通信技术领域。

背景技术：

空间激光通信是指利用激光束作为载波在空间(陆地或外太空)直接进行数据、语音、图像信息传送的一种技术，具有发射光束窄、信息容量大、发射装置体积小、功耗低、保密性强、抗电磁干扰、无需申请频率使用许可，对人体无影响等诸多优点。为提高卫星光通信系统通信速率和探测灵敏度，采用地面光纤通信成熟的光放大器和波分复用技术是未来自由空间光通信系统设计的重要方向。在这些系统中，将空间光耦合至单模光纤是首要解决的问题。空间激光通信信号光经过几千公里传输后，通信接收端接收的信号光为光强均匀分布的平面波，由于信号光聚焦光场与单模光纤模场分布不一致，导致理想情况下空间光至单模光纤最大耦合效率仅为81％。目前未见有专利涉及到提高空间光-单模光纤的最大耦合效率的系统与方法，仅有美国O.Guyon提出采用相变幅度切趾技术来提高望远镜与单模光纤的耦合效率(参考文献：O.Guyon.Phase-induced amplitude apodization of telescope pupils for extrasolar terrestrial planet imaging[J].Astronomy&Astrophysics,2003,404,379-387),但这种方法存在反射镜加工、装调困难、系统通用性不高的问题。

因此，如何在不增加耦合系统加工、装调难度，且耦合系统通用性好、耦合效率高成为该领域的研究热点，本发明则是一种基于非球面整形器的高效空间光至单模光纤耦合系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于非球面整形器的高效空间光至单模光纤耦合系统，解决空间激光通信系统由于信号光聚焦光斑光强分布与单模光纤模场分布不一致，导致空间光至单模光纤最大耦合效率仅能达到81％的问题。

本发明所采用的技术方案是包括第一非球面整形镜(1)、第二非球面整形镜(2)、耦合镜(3)、单模光纤(4)；经自由空间传输的信号光依次经过第一非球面整形镜(1)、第二非球面整形镜(2)、耦合镜(3)后耦合进单模光纤(4)中。其中：

1.所述的第一非球面整形镜(1)为凸非球面，第二非球面整形镜(2)为凹非球面；

2.光强均匀分布的平行光束经过第一非球面整形镜(1)和第二非球面整形镜(2)后仍为平行光束，但其光强分布为高斯分布；

3.单模光纤(4)的纤芯模场分布为高斯分布；

有益效果

本发明的有益效果是提高了的空间光至单模光纤最大耦合效率

附图说明

图1为一种基于非球面整形器的高效空间光至单模光纤耦合系统。此图也是说明书摘要附图。其中，1为第一非球面整形镜、2为第二非球面整形镜、3为耦合镜、4为单模光纤；

图2为非球面整形器工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明系统包括包括第一非球面整形镜1、第二非球面整形镜2、耦合镜3、单模光纤4；经自由空间传输的信号光依次经过第一非球面整形镜1、第二非球面整形镜2、耦合镜3后耦合进单模光纤4中，其中：

1.第一非球面整形镜1口径为12mm，材料为BK7，按光线传播方向上的第一表面为平面，第二表面为凸面，为非球面，非球面系数a2＝0.02175，a4＝-0.00001262,a6＝-0.000001208,a8＝4.866E-008,a10＝-7.821E-10；第二表面顶点距第二非球面第一表面定点距离为40mm；

2.第二非球面整形镜2口径为4mm，材料为BK7，按光线传播方向上的第一表面为凹面，为非球面，非球面系数a2＝0.1858，a4＝-0.06069,a6＝0.02407,a8＝-0.01027,a10＝0.00417,a12＝-0.001311,a14＝0.0002577,a16＝-0.00002282,顶点曲率半径为6.39574mm；第二表面为平面，其曲率半径为无穷大，第二表面顶点距耦合镜第一表面顶点距离为10mm；

3.耦合镜3口径为3mm，材料为BK7，按光线传播方向上的第一表面为凸面，其曲率半径为6.39574mm，第二表面为凸面，曲率半径为34.531mm；第二表面顶点距单模光纤端面距离为9.575mm；

按此方式实施，可实现光束口径12mm的平顶光束与单模光纤的高效耦合，理论上最大耦合效率可达到100％。