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【word】反常声光偏转器收发光路的可逆性研究

反常声光偏转器收发光路的可逆性研究载人航天第1期基础研究

反常声光偏转器收发光路的可逆性研究马晶王健韩琦琦谭立英付森宋义伟

(哈尔滨工业大学可调谐激光技术国防科技重点实验室)

摘要提出了一种卫星光通信终端中反常声光偏转器(反常AOD)的x-4~2r~.基于反常布拉格衍射几何关系,获得了非宽带匹配模式下的Dixon方程,设计了收

发光路可

逆性实验验证系统.实验成果表明,反常AOD收发光路可逆.1引言

核心词反常声光偏转器宽带匹配模式非宽带匹配模式收发光路可逆分类号0436文献标记码A文章编号1674—5825()01—0040—05

现在卫星光通信终端的瞄准捕获跟踪(PAT)系

统大多采用粗精瞄复合式执行机构,其中机械二维转台作为粗瞄单元提供光束大角度偏转功效;精瞄镜(FSM)作为精瞄单元提供光束高速精确偏转功

能.激光在大气中传输时,大气湍流所引发光斑随机抖动的频率可达lkHz量级.若要对光斑抖动进行有效的赔偿,需要光束跟踪控制环路的带宽高一种数量级,但FSM的带宽只有lkHz左右,难以满足这一

规定.因此,将含有更高带宽,更高精度的光束偏转器件一反常AOD引人PAT系统中替代FSM,将有

利于提高系统的闭环带宽,减小跟踪误差.并且反常AOD的偏转范畴可达几十毫弧度,在某些无需大角度偏转的特定使用环境中,反常AOD甚至能够同时替代体积重量较大且存在机械惯性的二维转台,这样PAT系统构造和控制算法都将得到简化.

由于FSM(二维转台)对光束的作用就是平面镜

反射,因此只要确保位置探测器与光源共轴,即可保证卫星光通信终端的收发共轴,即:如果接受光通过FSM后能够成在探测器中心,则本体光源的发射光反向通过FSM后也一定会中心覆盖对方.但是反常AOD偏转光束的实质是晶体内的声光互作用,并且不恪守人射角等于衍射角的定律.因此反常AOD在终端光路中与否会对收发共轴产生影响取决于其收发光路与否可逆.

现在有关AOD在卫星光通信方面的应用研究

多集中在动态性能分析(打靶实验)『l】,合用于发射光路[司;对于接受光路的状况,文献[3】分析了将反常AOD放置在接受光路中时,超声波方向,入射光角

度,衍射光角度与声波频率之问的关系.但该分析仍然是基于接受光取慢模,使反常AOD工作于宽带匹配模式,缺点是接受视场角较小.

本文从卫星光通信终端发射光偏转范畴大以及接受视场角大的需求出发,提出一种反常AOD的工

作方式,即发射光取慢模,接受光取快模.这样,分析

这种工作模式下的反常AOD收发光路的可逆性就成为终端能否采用收发共轴式设计的核心.

2TeO,晶体的反常声光互作用的工作模式

宽带匹配模式

由于氧化碲(Te0)晶体的声学和光学的优秀特

性,现在被广泛用于制作声光偏转器,调制器等声光器件.TeO晶体为422类晶体;其晶体构造有良好的对称性,XOZ和YOZ的光学,声学特性相似;它是左

旋正单轴晶体,有/Zegt;r/,.反常布拉格衍射会变化入射光的偏振态.为了在较小的超声波发散角A0下可

获得较大的衍射角?,亦即获得较大的布拉格带宽规定:入射光取慢模(e光),即发生偏振态eo的反

常布拉格衍射,称为宽带匹配模式(其下波矢几何关来稿日期:—09—21;修回日期:—12—23.

作者介绍:马晶(1956,04一),男,博士,专家,重要从事卫星光通信,光学信息解决方面的研究工作.

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基础研究载人航天第1期

系如图1示).这也是一般分析及应用的模式.图中,ki为人射光波矢,K和K分别为频率取最小值及最大值时的超声波波矢,k和埘为对应的衍射光波矢.

对于卫星光通信终端的PAT系统,站在发射图1宽带匹配模式示意图

的角度考虑,本体光源发射光的角度固定,而但愿通过偏转器后其出射角度变化范畴AOa较大;而站在接受的角度考虑,但愿有较大的接受视场角,即接受光方向在较大范畴内变化时,通过偏转器后其方向变化很小甚至保持不变.如图2所示.能够看出宽带匹配模式合用于卫星光通信终端偏转发射光.

而当入射光取快模(o光)时,即发生偏振态.一

e的反常布拉格衍射,这种模式称为非宽带匹配模式.此时,在较大入射角变化范畴AOi下衍射角?

变化很小.能够看出非宽带匹配模式合用于卫星光通信终端偏转接受光.

因此,令发射光为e光,接受光为0光,这样反

常AOD将同时满足发射光偏转范畴大以及接受视场角大的需求.下面基于这种工作方式讨论收发光路与否可逆.

反常

AOD

发射模式接受模式

图2反常AOD在发射接受的不同需求下的两种工作模式示意图

非宽带匹配模式及该模式下布拉格衍射的几何关系

发射光取e光,波矢为kie-,其衍射光波矢k出,超声波波矢K.沿波矢k南反向入射的接受光取0光,

故波矢ki.交与内层曲面;其