一种机载点对点快速跟踪激光通信装置的制作方法

本实用新型涉及一种机载点对点快速跟踪激光通信装置，属于电子通信技术领域。

背景技术：

激光通信具有通信容量大、传输距离远、抗干扰性强、保密性能好等优点，在飞机间进行点对点链路时采用激光通信技术，可实现高速、保密和抗干扰通信，解决现有通信技术中需要实时保密通信、高数数据中继和空间组网等技术瓶颈。因此，激光通信技术正逐步应用于航天和地面通信领域，主要包括卫星间、卫星与地面、地面点对点通信等。

现有的激光通信技术运用转台或摆镜进行光束控制，通过光束捕获跟踪实现点对点激光链路的建立和保持，在实现链路稳定维持后，通过激光光束进行通信信号传输。对于飞机间的激光通信，现有激光通信技术存在跟踪角速度过慢、瞄准无遮挡范围要求高等问题，因此很难满足飞机在快速机动下的通信链路持续保持和通信装置与飞机表面共形的要求。因此，提供一种机载点对点快速跟踪激光通信装置来解决上述问题是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有的飞机间激光通信技术存在跟踪角速度过慢、瞄准无遮挡范围要求高等问题，提出了一种机载点对点快速跟踪激光通信装置，适用于机载点对点快速跟踪激光通信链路。

本实用新型的技术方案：

一种机载点对点快速跟踪激光通信装置，包括窗口、扩束望远镜镜组、中继快速扫描器、压缩望远镜镜组、四分之一波片、偏振分光棱镜、激光发射机构、激光接收机构和外壳；所述的外壳上开有通孔，窗口安装在外壳的通孔内；所述的扩束望远镜镜组、中继快速扫描器、压缩望远镜镜组、四分之一波片、偏振分光棱镜、激光发射机构和激光接收机构安装在外壳的内部；扩束望远镜镜组与窗口相邻放置，并且所述窗口设置于扩束望远镜镜组的左方；所述的中继快速扫描器置于扩束望远镜镜组的右方，中继快速扫描器的下方安装有压缩望远镜镜组，压缩望远镜镜组的右侧依次安装有四分之一波片、偏振分光棱镜和激光发射机构，偏振分光棱镜的上方安装有激光接收机构。

优选的：所述的窗口是口径为30nm、厚度为5mm的石英玻璃，窗口的表面镀有增透膜。

优选的：所述的扩束望远镜镜组为入瞳口径为10mm、出瞳口径为40mm、放大倍率为0.25、透镜材料为K9，透镜表面镀有增透膜的伽利略式望远镜，所述的扩束望远镜镜组的中轴线与窗口的中心轴线在同一条直线上，扩束望远镜镜组的目镜一侧与窗口相邻，扩束望远镜镜组的物镜一侧与中继快速扫描器相邻。

优选的：所述的中继快速扫描器的扭矩为0.22N-m，扫描角度范围为±10°，中继快速扫描器(3)的反光表面与扩束望远镜镜组(2)的光轴夹角为45°，中继快速扫描器(3)的反光表面与压缩望远镜镜组(4)的光轴夹角为60°。

优选的：所述的压缩望远镜镜组包括物镜、目镜和折叠反射镜，折叠反射镜是口径为40mm、厚度为8mm、表面镀有金属反射膜的石英玻璃，折叠反射镜置于物镜和目镜之间，目镜的中心轴线与物镜的中心轴线间的夹角为α，α的角度为60°，折叠反射镜的中心轴线和α角的角平分线在同一条直线上；所述的压缩望远镜镜组的目镜一侧与四分之一波片相邻，物镜一侧与中继快速扫描器相邻。

优选的：所述的压缩望远镜镜组为入瞳口径为40mm、出瞳口径为15mm、放大倍率为2.7、透镜材料为K9、透镜表面镀有增透膜的L型伽利略式望远镜。

优选的：所述的四分之一波片置于压缩望远镜镜组的右方，四分之一波片的晶片厚度为5mm、波长为1550nm、相位延迟精度为0.0002个波长，晶片表面镀有增透膜。

优选的：所述的偏振分光棱镜置于四分之一波片的右方，偏振分光棱镜的边长为20mm、P透射率为99.9％、S管反射率为99.9％。

优选的：所述的激光发射机构包括发射整形透镜和发射光源；所述的发射整形透镜置于偏振分光棱镜的右方，发射整形透镜是口径为20mm、波长为1550nm、焦距为75mm的石英玻璃，石英玻璃表面镀有增透膜；所述的发射光源置于发射整形透镜的右侧。

优选的：所述的激光接收机构包括偏振滤光片、分光棱镜、定位透镜、四象限探测器、通信透镜和通信探测器，所述的偏振滤光片是口径为20mm、波长为1550nm、S线偏振光透过率为99.9％、P线偏振光透过率为0.1％的石英玻璃，偏振滤光片位于偏振分光棱镜的上方；所述的分光棱镜是口径为20mm、波长为1550nm、S线偏振光透过率为50％、S线偏振光反射率50％的石英玻璃，分光棱镜位于偏振滤光片的上方；所述的定位透镜是口径为20mm、波长为1550nm、焦距为500mm、表面镀有增透膜的石英玻璃，定位透镜位于分光棱镜的上方，所述的四象限探测器位于分光棱镜的上方；所述的通信透镜是口径为20mm、波长为1550nm、焦距为100mm、表面镀有增透膜的石英玻璃，通信透镜位于分光棱镜的右侧；所述的通信探测器位于通信透镜的右侧。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型涉及一种机载点对点快速跟踪激光通信装置，本装置利用中继快速扫描器，结合缩束光学系统，将光束控制范围和角速度提高了10倍以上，解决了现有的飞机间的激光通信过程中出现的因角速度过慢而无法满足飞机快速激动下的通信链路持续保持的需求，可实现在飞机间进行大视域范围内的快速捕获、跟踪和通信；与现有的通过转台或摆镜进行光束控制技术相比，本装置整体与飞机之间没有相对平移和旋转运动，并且本装置的对外光学窗口即天线口径为10mm，可与飞机任意部分的表面达成共形，无需突出飞机表面，增加了飞机的隐蔽性；本装置跟踪角度范围为±90°，跟踪角速率为50°/s，在飞机上均步4套装置，可实现全角度快速激光跟踪，满足飞机在大角度快速机动情况下的抗干扰、保密通信要求。

附图说明

图1是机载点对点快速跟踪激光通信装置的内部结构示意图

图中1-窗口，2-扩束望远镜镜组，3-中继快速扫描器，4-压缩望远镜镜组，5-折叠反射镜，6-四分之一波片，7-偏振分光棱镜，8-发射整形透镜，9-发射光源，10-偏振滤光片，11-分光棱镜，12-定位透镜，13-四象限探测器，14-通信透镜，15-通信探测器。

具体实施方式

结合附图1说明本实用新型具体实施方式：本实用新型一种机载点对点快速跟踪激光通信装置，包括窗口1、扩束望远镜镜组2、中继快速扫描器3、压缩望远镜镜组4、四分之一波片6、偏振分光棱镜7、激光发射机构、激光接收机构和外壳；所述的外壳上开有通孔，窗口1安装在外壳的通孔内；所述的扩束望远镜镜组2、中继快速扫描器3、压缩望远镜镜组4、四分之一波片6、偏振分光棱镜7、激光发射机构和激光接收机构安装在外壳的内部；扩束望远镜镜组2与窗口1相邻放置，并且所述窗口1设置于扩束望远镜镜组2的左方；所述的中继快速扫描器3置于扩束望远镜镜组2的右方，中继快速扫描器3的下方安装有压缩望远镜镜组4，压缩望远镜镜组4的右侧依次安装有四分之一波片6、偏振分光棱镜7和激光发射机构，偏振分光棱镜7的上方安装有激光接收机构。

所述的窗口1是口径为30nm、厚度为5mm的石英玻璃，窗口1的表面镀有增透膜。如此设置，窗口1可以起到防尘和减弱背景光的目的。

所述的扩束望远镜镜组2为入瞳口径为10mm、出瞳口径为40mm、放大倍率为0.25、透镜材料为K9，透镜表面镀有增透膜的伽利略式望远镜，所述的扩束望远镜镜组2的中轴线与窗口1的中心轴线在同一条直线上，扩束望远镜镜组2的目镜一侧与窗口1相邻，扩束望远镜镜组2的物镜一侧与中继快速扫描器3相邻。如此设置，扩束望远镜镜组2可增加中继快速扫描器3的扫描视域。

所述的中继快速扫描器3置于扩束望远镜镜组2的后方，中继快速扫描器3的电机型号为XVRA22-030-00N，扭矩为0.22N-m，角度范围为-10°到10°，摆镜是口径为50mm×80mm、厚度为10mm、表面镀有金属反射膜的石英玻璃，中继快速扫描器3反光表面与扩束望远镜镜组2光轴夹角为45°，与压缩望远镜镜组4光轴夹角为60°。如此设置，中继快速扫描器3可执行大视域扫描。

所述的压缩望远镜镜组4包括物镜、目镜和折叠反射镜5，折叠反射镜5是口径为40mm、厚度为8mm、表面镀有金属反射膜的石英玻璃，折叠反射镜5置于物镜和目镜之间，目镜的中心轴线与物镜的中心轴线间的夹角为α，α的角度为60°，折叠反射镜5的中心轴线和α角的角平分线在同一条直线上；所述的压缩望远镜镜组4的目镜一侧与四分之一波片6相邻，物镜一侧与中继快速扫描器3相邻。所述的压缩望远镜镜组4为入瞳口径为40mm、出瞳口径为15mm、放大倍率为2.7、透镜材料为K9、透镜表面镀有增透膜的L型伽利略式望远镜。如此设置，压缩望远镜镜组4可减小后续光路体积，折叠反射镜5可减小压缩望远镜镜组4的体积，继而减小本装置的整体体积。

所述的四分之一波片6置于压缩望远镜镜组4的后方，四分之一波片6的晶片厚度为5mm、波长为1550nm、相位延迟精度为0.0002个波长，晶片表面镀有增透膜。如此设置，四分之一波片6可实现光束偏振态的转换。

所述的偏振分光棱镜7置于四分之一波片6的后方，偏振分光棱镜7的边长为20mm、P透射率为99.9％、S管反射率为99.9％。如此设置，偏振分光棱镜7可实现光束的收发合束。

所述的激光发射机构包括发射整形透镜8和发射光源9；发射整形透镜8置于偏振分光棱镜7的右方，发射整形透镜8是口径为20mm、波长为1550nm、焦距为75mm的石英玻璃，石英玻璃表面镀有增透膜；所述的发射光源9置于发射整形透镜8的右侧。如此设置，发射光源9提供激光束，发射整形透镜8整形发射光源9发射出的光束。

所述的发射光源9的型号为SFP-GE-T，波长为1550nm，功率为0.5W，偏振态为P，线偏振光接口为RJ45，封装类型为SFP，光纤类型为CAT-5。

所述的激光接收机构包括偏振滤光片10、分光棱镜11、定位透镜12、四象限探测器13、通信透镜14和通信探测器15，偏振滤光片10、分光棱镜11、定位透镜12和四象限探测器13依次置于偏振分光棱镜7的上方，偏振滤光片10是口径为20mm、波长为1550nm、S线偏振光透过率为99.9％、P线偏振光透过率为0.1％的石英玻璃；分光棱镜11是口径为20mm、波长为1550nm、S线偏振光透过率为50％、S线偏振光反射率50％的石英玻璃，定位透镜12是口径为20mm、波长我1550nm、焦距为500mm、表面镀有增透膜的石英玻璃；通信透镜14和通信探测器15依次置于分光棱镜11的后方，通信透镜14是口径为20mm、波长为1550nm、焦距为100mm、表面镀有增透膜的石英玻璃。如此设置，偏振滤光片10实现收发隔离度的增加，分光棱镜11实现位置探测光束和通信光束的分离，定位透镜12将位置探测光束聚焦至四象限探测器13上，四象限探测器13实现对方的位置判断，通信透镜14将通信光束聚焦至通信探测器15的APD光敏面上，通信探测器15将接收到的通信光信号转换为通信电信号。

所述的四象限探测器13的型号为LSIQPD-1.5，相应谱段为800-1700nm、盲区宽度为45μm、响应度为0.9mA/mW、光敏面直径为1.5m、暗电流为0.3nA。

所述的通信探测器15的型号为LSIAPD-50，相应谱段为800-1700nm，增益为30，带宽为2.5GHZ，光敏面直径为50μm，暗电流为0.8nA。

本装置发射激光信号过程：发射光源9发射出激光信号通过发射整形透镜8整形后依次经过偏振分光棱镜7的透射、四分之一波片6的透射、压缩望远镜组4的投射、折叠反射镜5的反射、中继快速扫描器3的反射和扩束望远镜镜组2的透射，最后经过窗口1的透射，发射至对方的机载点对点快速跟踪激光通信装置。并且可通过中继快速扫描器3的旋转，实现向不同的对方飞机的机载点对点快速跟踪激光通信装置进行激光发射。

本装置接收激光信号过程：对方飞机的激光束通过窗口1的投射、依次经过扩束望远镜镜组2的透射、中继快速扫描器3的反射、压缩望远镜组4的透射、折叠反射镜5的反射、通过偏振分光棱镜7的反射和偏振滤光片10的透射后进入分光棱镜11中将激光信号分光为位置探测光束和通信光束，位置探测光束投射进入定位透镜12后聚焦在四象限探测器上13上，继而四象限探测器13给出对方飞机的位置信息，经过分光棱镜11分光反射的通信光束通过通信透镜14聚焦到通信探测器15的APD光敏面上，通信探测器15将接收到的通信光信号转换为通信电信号，实现飞机间的通信。

本装置的光束发散角可达到300μrad，跟瞄精度达到100μrad，通信距离达到10km。通信数据率为10Mbps，装置质量约5kg，装置外轮廓约50mm×200mm×100mm，功耗约为100W。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。