摘 要
論文主要研究了光學(xué)天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及方法，設(shè)計(jì)出一套中心波長(zhǎng)為 1550nm波段的光學(xué)天線系統(tǒng)，對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行了加工實(shí)現(xiàn)、測(cè)試及性能分析。
本論文的研究?jī)?nèi)容如下：
(1)介紹了光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)非球面光學(xué)零件應(yīng)用和光學(xué)特性進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)各種常見(jiàn)光學(xué)天線的結(jié)構(gòu)、成像質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比分析，本論文確定在該光學(xué)天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用卡塞格倫天線。
(2)通過(guò)對(duì)卡塞格倫天線結(jié)構(gòu)的建模分析和光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax的應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計(jì)出主鏡和次鏡均為非球面鏡、中心波長(zhǎng)為 1550nm、視場(chǎng)角為 1°的卡塞格倫光學(xué)天線，并對(duì)卡塞格倫天線離焦對(duì)天線發(fā)散角的影響、增益、準(zhǔn)直特性、成像質(zhì)量及傳輸效率進(jìn)行了分析。
(3)利用 Zemax 優(yōu)化設(shè)計(jì)了收發(fā)合一的光學(xué)天線系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，利用分色鏡和分束鏡實(shí)現(xiàn)收發(fā)隔離及多光路需求。對(duì)各個(gè)光學(xué)元件的材料進(jìn)行了分析和選擇。

關(guān)鍵詞：空間光通信 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 光學(xué)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(lái)源及研究目的意義 1
1.1.1 空間光通信的優(yōu)勢(shì) 1
1.1.2空間光通信的國(guó)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(shù)指標(biāo) 4
第2章 空間光通信中光學(xué)天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 5
2.1 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 5
2.1.1 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展概況 5
2.1.2 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程 5
2.1.3 光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)的確定方法 6
2.1.4 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件 6
2.2 非球面光學(xué)零件理論 7
2.2.1 非球面光學(xué)零件的應(yīng)用 7
2.2.2 二次曲面的數(shù)學(xué)表達(dá)式及光學(xué)性質(zhì) 7
2.3 光學(xué)天線 9
2.3.1 透射式光學(xué)天線 9
2.3.2 反射式光學(xué)天線 10
2.3.3 自由空間的傳輸損耗 11
2.3.4 光學(xué)天線的增益 11
2.3.5 光學(xué)天線類型選擇 12
2.3.6 光學(xué)天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 12
第3章 卡塞格倫天線子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及性能分析 13
3.1 卡塞格倫天線子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(gòu)參數(shù)的確定 14
3.1.3 卡塞格倫天線子系統(tǒng)離焦對(duì)天線準(zhǔn)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(zhǔn)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(xué)天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21
4.1 光學(xué)天線系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 21
4.2 光學(xué)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(shè)計(jì) 22
4.4 濾波片設(shè)計(jì) 23
4.5 光學(xué)天線小型化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 23
第5章 光學(xué)天線系統(tǒng)的測(cè)試及性能分析 24
5.1.光學(xué)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(xiàn) 28
致 謝 29