快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)是安装在光源与接收端之间,通过驱动器控制反射镜的偏转调整光束传播方向,起到稳定光学系统视轴或者调解光束指向的作用,因此,FSM已成为空间激光通信中捕获、瞄准和跟踪(APT)系统的关键组成部分。由于它具有高带宽、高响应速度和高控制精度等特点,还被广泛应用于天文望远镜、图像稳定和自适应光学等领域。本文以某预研项目空间激光通信终端为应用背景,根据项目需求,本文分别对采用柔性铰链支撑的FSM和采用十字柔性轴承支撑的FSM进行详细研究。详细研究内容分别叙述如下:1.详细对比国内外研究不同类型FSM的性能特点。根据某激光通信终端系统对FSM的指标要求,分析FSM各组成部分与性能指标之间的关系,确定系统指标及设计方案,设计两种采用不同支撑结构的FSM,并且均采用音圈电机作为驱动元件,利用QD组成位置检测装置。2.首先提出双曲线直圆混合柔性铰链,该型铰链不仅具有双曲线柔性铰链运动范围大的特点,还具有直圆柔性铰链回转精度高的特点。为了便于该型柔性铰链的优化设计,推导了其柔度计算公式,还分析了不同方向柔度与各参数之间的关系,有效缩短了双曲线直圆混合柔性铰链的优化设计时间。然后利用同种方法推导了十字柔性轴承的柔度公式,并对两种支撑结构的疲劳寿命进行仿真分析。结果说明两种柔性支撑结构均满足设计要求。3.提出基于QD的对称反射式位置检测装置,并建立其数学模型,仿真分析了测量范围和线性度随关键参数的变化趋势,得到了测量范围和线性度的优化方法,及测量范围和线性度与位置检测装置各关键参数的关系曲线。搭建实验平台,验证该优化方法的正确性,并完成FSM的整体设计。4.对FSM整体进行谐振频率及动力学仿真分析。首先深入研究模态分析理论,利用Patran软件分别仿真分析了两种FSM的前六阶模态。然后建立加入高阶谐振的系统动力学模型,并对系统进行了模态分析。通过对比两种方法得到的仿真结果,证明了动力学模型的正确性。5.完成两种快速反射镜的设计、加工及装配,并搭建实验平台,对两种快速反射镜的静动态特性及性能指标进行测试。实验结果表明:所设计的两种类型的FSM静动态性能指标均满足设计要求。新型双曲线直圆混合柔性铰链支撑有效地提高了系统的回转精度;在保证闭环带宽的同时,基于QD的位置检测装置有效地提高了系统的行程和线性度。