一种用于实现圆形光束整形为点环形光束的方法

摘要

一种用于实现圆形光束整形为点环形光束的方法，本发明涉及非成像光学领域。本发明是要降低卫星光通信终端接收系统的装调复杂度，简化终端光学系统结构。（1）确定入射光束的直径D₀；（2）确定通信光束的口径D；（3）建立通信光束的一一对应关系；（4）计算通信光束的光线偏角；（5）确定复合功能元件通信部分的径向相位分布表达式；（6）确定复合功能元件通信部分的径向轮廓；（7）建立跟踪光束的一一对应关系；（8）计算通信光束的光线偏角；（9）确定复合功能元件跟踪部分的径向相位分布表达式；（10）确定复合功能元件跟踪部分的径向轮廓。本发明应用于成像光学领域。

主权项

一种用于实现圆形光束整形为点环形光束的方法，其特征在于用于实现圆形光束整形为点环形光束的方法按以下步骤实现：(1)确定入射光束的直径D₀，环形光束的内外环直径D₁、D₂与复合功能元件与四象限探测器的间距L：若光学天线口径为d，其放大倍率为T，则D₀＝d/T；(2)确定通信光束的口径D：若通信光功率占入射光功率的η，则$D=\sqrt{\eta }{D}_0;$(3)建立通信光束的一一对应关系：复合功能元件面上从距离光束中心r₁处发出的光线入射到探测面中心处，其中0≤r₁≤D；(4)计算通信光束的光线偏角：由几何关系，可以确定$\sin \beta =\frac{r_1}{L};$(5)确定复合功能元件通信部分的径向相位分布表达式：由光程函数与光线偏角间的关系可以得到$\frac{d{\phi }_1\left(r_1\right)}{d{r}_1}=-\sin \beta$对上式积分，得到复合功能元件通信部分的径向相位分布，式中0≤r₁≤D；(6)确定复合功能元件通信部分的径向轮廓：由相位与元件厚度的关系可以得到复合功能元件通信部分的径向轮廓${\phi }_1\left(r_1\right)=2\pi ·\frac{{\mathrm{nz}}_1\left(r_1\right)}{\lambda }$式中，n为复合功能元件的折射率，λ为光束波长，且0≤r₁≤D；(7)建立跟踪光束的一一对应关系：复合功能元件面上从距离光束中心r₂处发出的光线入射到探测面中心r₃处，其中D≤r₂≤D₀，D₁≤r₃≤D₂，且满足关系$r_3=D_1+\frac{D_2-D_1}{D_0-D}·(r_2-D);$(8)计算跟踪光束的光线偏角：由几何关系，可以确定$\sin \alpha =\frac{r_3-r_2}{L};$(9)确定复合功能元件跟踪部分的径向相位分布表达式：由光程函数与光线偏角间的关系可以得到$\frac{d{\phi }_2\left(r_2\right)}{d{r}_2}=-\sin \alpha$对上式积分，得到复合功能元件跟踪部分的径向相位分布，式中D≤r₂≤D₀；(10)确定复合功能元件跟踪部分的径向轮廓：由相位与元件厚度的关系可以得到复合功能元件跟踪部分的径向轮廓${\phi }_2\left(r_2\right)=2\pi ·\frac{{\mathrm{nz}}_2\left(r_2\right)}{\lambda }$式中，n为复合功能元件的折射率，λ为光束波长，且D≤r₂≤D₀，即完成了利用光线追迹法实现了复合功能元件的设计，实现了圆形光束整形为点环形光束。