【摘 要】
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空间激光通信为视线通信,且通信终端之间通常存在相对运动。一方面,光束的瞄准、捕获与跟踪(PAT)需要具备微弧度量级分辨率的光束偏转能力,以减小光束指向损耗;另一方面,当天线表面存在面型误差时,出射光场的波前会产生畸变,劣化光束的指向性,降低天线增益。本文从空间激光通信应用中光束控制的角度,从微弧度量级光束偏转与光束波前控制两个方面开展研究。主要研究内容如下:(1)分析了空间激光通信系统对光束偏转角
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空间激光通信为视线通信,且通信终端之间通常存在相对运动。一方面,光束的瞄准、捕获与跟踪(PAT)需要具备微弧度量级分辨率的光束偏转能力,以减小光束指向损耗;另一方面,当天线表面存在面型误差时,出射光场的波前会产生畸变,劣化光束的指向性,降低天线增益。本文从空间激光通信应用中光束控制的角度,从微弧度量级光束偏转与光束波前控制两个方面开展研究。主要研究内容如下:(1)分析了空间激光通信系统对光束偏转角度控制以及波前畸变的需求,对微弧度量级光束偏转与光束波前控制方案进行了总体方案设计。(2)提出了液晶相控阵(LC-OPA)级联双光栅的方法进行高角度分辨率光束偏转控制,LC-OPA以数十微弧度的角度进行粗偏转,双光栅对该LC-OPA衍射光束进行多级偏转角度压缩,实现微弧度量级的光束偏转控制。数值仿真验证了双光栅装置可以显著压缩光束的偏转角,且光栅常数越大角度压缩率越小,当光束入射角在-43.5mrad到26.8mrad之间时,光束能够在双光栅装置中衍射4次,实验验证了光束在双光栅系统中偏转角分辨率可提高6倍,实现光束的微弧度偏转。(3)基于液晶空间光调制器(LCoS-SLM)设计了可对光学天线同时进行波前探测与波前补偿的方案,研究了基于最小二乘法平面拟合消除倾斜像差算法与基于泽尼克多项式波面拟合消除像差算法以消除相位测量误差。进行了波前畸变探测与补偿实验,对于1550nm光束,通过算法消除额外相位的测量误差,相位峰谷(PV)值从30.1209rad降至2.8241rad,利用LCoS-SLM补偿后的波前畸变RMS值为λ/23。
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