畢業(yè)論文 空間光通信光學系統(tǒng)設計.doc
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畢業(yè)論文 空間光通信光學系統(tǒng)設計,摘要論文主要研究了光學天線系統(tǒng)的設計原理及方法，設計出一套中心波長為 1550nm波段的光學天線系統(tǒng)，對設計的系統(tǒng)進行了加工實現(xiàn)、測試及性能分析。本論文的研究內(nèi)容如下：(1)介紹了光學系統(tǒng)的設計方法，對非球面光學零件應用和光學特性進行了分析。通過對各種常見光學天線的結(jié)構、成像質(zhì)量進行對比分析，本論文確定在該光學天線系統(tǒng)...
內(nèi)容介紹
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摘 要
論文主要研究了光學天線系統(tǒng)的設計原理及方法，設計出一套中心波長為 1550nm波段的光學天線系統(tǒng)，對設計的系統(tǒng)進行了加工實現(xiàn)、測試及性能分析。
本論文的研究內(nèi)容如下：
(1)介紹了光學系統(tǒng)的設計方法，對非球面光學零件應用和光學特性進行了分析。通過對各種常見光學天線的結(jié)構、成像質(zhì)量進行對比分析，本論文確定在該光學天線系統(tǒng)的設計中采用卡塞格倫天線。
(2)通過對卡塞格倫天線結(jié)構的建模分析和光學設計軟件Zemax的應用，優(yōu)化設計出主鏡和次鏡均為非球面鏡、中心波長為 1550nm、視場角為 1°的卡塞格倫光學天線，并對卡塞格倫天線離焦對天線發(fā)散角的影響、增益、準直特性、成像質(zhì)量及傳輸效率進行了分析。
(3)利用 Zemax 優(yōu)化設計了收發(fā)合一的光學天線系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，利用分色鏡和分束鏡實現(xiàn)收發(fā)隔離及多光路需求。對各個光學元件的材料進行了分析和選擇。
關鍵詞：空間光通信 光學系統(tǒng)設計 光學天線 增益 偏軸
Abstract
The design principle and methods of optical antenna systems have been researched in this paper. An optical antenna system with the central wavelength located in 1550nm has been designed. The system has been realized by manufacture and test.
The main contents are as follows:
1. The methods of optical systems design have been introduced, meanwhile, the application and optical properties of aspheric optical parts have also been analyzed.
2. By the analysis of Cassegrain antenna structure and Zemax, the 1° field angle Cassegrain antenna, whose primary and secondary mirrors are aspheric, has been designed. Its properties have been analyzed, such as gain, image quality, collimation characteristic, and transmission efficiency.
3. The optical antenna system in transceiver has been designed by means of Zemax. The system can realize the functions of transmitter-receiver isolation and multi-light ways using dichroic mirrors and beam splitting prisms. The materials ofoptical elements have been analyzed and selected.
Keywords: Space optical communication；Optical system design；Optical antenna；Gain；Partial axis
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題來源及研究目的意義 1
1.1.1 空間光通信的優(yōu)勢 1
1.1.2空間光通信的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2 本文采取的研究路線 4
1.3 空間光通信的主要技術指標 4
第2章 空間光通信中光學天線系統(tǒng)設計原理 5
2.1 光學系統(tǒng)設計概述 5
2.1.1 光學系統(tǒng)設計的發(fā)展概況 5
2.1.2 光學系統(tǒng)設計的過程 5
2.1.3 光學系統(tǒng)初始結(jié)構的確定方法 6
2.1.4 光學系統(tǒng)設計軟件 6
2.2 非球面光學零件理論 7
2.2.1 非球面光學零件的應用 7
2.2.2 二次曲面的數(shù)學表達式及光學性質(zhì) 7
2.3 光學天線 9
2.3.1 透射式光學天線 9
2.3.2 反射式光學天線 10
2.3.3 自由空間的傳輸損耗 11
2.3.4 光學天線的增益 11
2.3.5 光學天線類型選擇 12
2.3.6 光學天線系統(tǒng)的設計要求 12
第3章 卡塞格倫天線子系統(tǒng)的設計及性能分析 13
3.1 卡塞格倫天線子系統(tǒng)結(jié)構參數(shù)理論分析 13
3.1.1 卡塞格倫天線子系統(tǒng)的鏡面組合 13
3.1.2 卡塞格倫天線子系統(tǒng)結(jié)構參數(shù)的確定 14
3.1.3 卡塞格倫天線子系統(tǒng)離焦對天線準直的影響 17
3.2 卡塞格倫天線子系統(tǒng)性能分析 18
3.2.1卡塞格倫天線子系統(tǒng)的準直特性 18
3.2.2 卡塞格倫天線子系統(tǒng)的成像質(zhì)量分析 19
第4章 光學天線系統(tǒng)的設計 21
4.1 光學天線系統(tǒng)技術指標 21
4.2 光學材料的選擇 21
4.2.1 增透膜選擇 21
4.2.2 增反膜的選用 22
4.3 分色鏡和分束鏡設計 22
4.4 濾波片設計 23
4.5 光學天線小型化系統(tǒng)設計與仿真 23
第5章 光學天線系統(tǒng)的測試及性能分析 24
5.1.光學天線系統(tǒng)成像質(zhì)量分析 24
5.2光束發(fā)散損耗 25
總 結(jié) 27
參考文獻 28
致 謝 29
論文主要研究了光學天線系統(tǒng)的設計原理及方法，設計出一套中心波長為 1550nm波段的光學天線系統(tǒng)，對設計的系統(tǒng)進行了加工實現(xiàn)、測試及性能分析。
本論文的研究內(nèi)容如下：
(1)介紹了光學系統(tǒng)的設計方法，對非球面光學零件應用和光學特性進行了分析。通過對各種常見光學天線的結(jié)構、成像質(zhì)量進行對比分析，本論文確定在該光學天線系統(tǒng)的設計中采用卡塞格倫天線。
(2)通過對卡塞格倫天線結(jié)構的建模分析和光學設計軟件Zemax的應用，優(yōu)化設計出主鏡和次鏡均為非球面鏡、中心波長為 1550nm、視場角為 1°的卡塞格倫光學天線，并對卡塞格倫天線離焦對天線發(fā)散角的影響、增益、準直特性、成像質(zhì)量及傳輸效率進行了分析。
(3)利用 Zemax 優(yōu)化設計了收發(fā)合一的光學天線系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，利用分色鏡和分束鏡實現(xiàn)收發(fā)隔離及多光路需求。對各個光學元件的材料進行了分析和選擇。
關鍵詞：空間光通信 光學系統(tǒng)設計 光學天線 增益 偏軸
Abstract
The design principle and methods of optical antenna systems have been researched in this paper. An optical antenna system with the central wavelength located in 1550nm has been designed. The system has been realized by manufacture and test.
The main contents are as follows:
1. The methods of optical systems design have been introduced, meanwhile, the application and optical properties of aspheric optical parts have also been analyzed.
2. By the analysis of Cassegrain antenna structure and Zemax, the 1° field angle Cassegrain antenna, whose primary and secondary mirrors are aspheric, has been designed. Its properties have been analyzed, such as gain, image quality, collimation characteristic, and transmission efficiency.
3. The optical antenna system in transceiver has been designed by means of Zemax. The system can realize the functions of transmitter-receiver isolation and multi-light ways using dichroic mirrors and beam splitting prisms. The materials ofoptical elements have been analyzed and selected.
Keywords: Space optical communication；Optical system design；Optical antenna；Gain；Partial axis
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題來源及研究目的意義 1
1.1.1 空間光通信的優(yōu)勢 1
1.1.2空間光通信的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2 本文采取的研究路線 4
1.3 空間光通信的主要技術指標 4
第2章 空間光通信中光學天線系統(tǒng)設計原理 5
2.1 光學系統(tǒng)設計概述 5
2.1.1 光學系統(tǒng)設計的發(fā)展概況 5
2.1.2 光學系統(tǒng)設計的過程 5
2.1.3 光學系統(tǒng)初始結(jié)構的確定方法 6
2.1.4 光學系統(tǒng)設計軟件 6
2.2 非球面光學零件理論 7
2.2.1 非球面光學零件的應用 7
2.2.2 二次曲面的數(shù)學表達式及光學性質(zhì) 7
2.3 光學天線 9
2.3.1 透射式光學天線 9
2.3.2 反射式光學天線 10
2.3.3 自由空間的傳輸損耗 11
2.3.4 光學天線的增益 11
2.3.5 光學天線類型選擇 12
2.3.6 光學天線系統(tǒng)的設計要求 12
第3章 卡塞格倫天線子系統(tǒng)的設計及性能分析 13
3.1 卡塞格倫天線子系統(tǒng)結(jié)構參數(shù)理論分析 13
3.1.1 卡塞格倫天線子系統(tǒng)的鏡面組合 13
3.1.2 卡塞格倫天線子系統(tǒng)結(jié)構參數(shù)的確定 14
3.1.3 卡塞格倫天線子系統(tǒng)離焦對天線準直的影響 17
3.2 卡塞格倫天線子系統(tǒng)性能分析 18
3.2.1卡塞格倫天線子系統(tǒng)的準直特性 18
3.2.2 卡塞格倫天線子系統(tǒng)的成像質(zhì)量分析 19
第4章 光學天線系統(tǒng)的設計 21
4.1 光學天線系統(tǒng)技術指標 21
4.2 光學材料的選擇 21
4.2.1 增透膜選擇 21
4.2.2 增反膜的選用 22
4.3 分色鏡和分束鏡設計 22
4.4 濾波片設計 23
4.5 光學天線小型化系統(tǒng)設計與仿真 23
第5章 光學天線系統(tǒng)的測試及性能分析 24
5.1.光學天線系統(tǒng)成像質(zhì)量分析 24
5.2光束發(fā)散損耗 25
總 結(jié) 27
參考文獻 28
致 謝 29
