运用Zernike系数精确确定激光收发同轴基准的方法

摘要

运用Zernike系数精确确定激光收发同轴基准的方法，本发明涉及收发共用同一天线的光学系统发射光路与接收光路的同轴确定方法。它克服了现有方法因角棱镜加工精度和难度的限制不能满足高精度应用需求的缺陷。它包括如下步骤：由干涉仪发射激光光束，该光束依次通过被测光学系统的发射光路组件、分光镜和光学天线后出射；光学天线的出口外垂直其光轴设置一平面镜，使从光学天线出射到平面镜表面上的激光光束沿原光路返回到干涉仪中；调整平面镜时，监视干涉仪内的干涉条纹，使Zernike小于λ/10；入射平面镜的激光光束，经平面镜反射后，经过分光镜的反射，入射到被测光学系统的接收光路组件中，以此光束为基准调整接收光路组件的光轴。

说明书

技术领域

本发明涉及收发共用同一天线的光学系统发射光路与接收光路的同轴确定方法。

背景技术

在研制收发共用同一天线的光学系统时，发射光路与接收光路的同轴度是被严格要求的重要参数之一。现有的调整方法中，由发射光路经天线输出光场，利用角棱镜将其沿原路反射回接收天线进入接收光路，以此入射光为基准轴，对接收光路进行调整，保证发射、接收光路的同轴性。由于角棱镜加工精度的限制，发射光场并不严格按原路返回，使得发射、接收光路同轴度的精度仅能达到数十μrad，不能满足高精度应用需求。另一方面由于大孔径角棱镜较难加工，因此该方法在大孔径天线光学系统中难以得到应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种运用Zernike系数精确确定激光收发同轴基准的方法，以克服现有的方法因角棱镜加工精度和难度的限制不能满足高精度应用需求的缺陷。它包括如下步骤：一、由干涉仪1发射激光光束，该光束依次透过被测光学系统2的发射光路组件2-1、分光镜2-2和光学天线2-3后出射；二、在光学天线2-3的出口外垂直其光轴设置一平面镜3，平面镜3安装在调整机构4上，通过调整机构4对平面镜3相对于入射激光光束的垂直度进行调整，以使从光学天线2-3出射到平面镜3表面上的激光光束沿原光路返回到干涉仪1中；利用调整机构4调整平面镜3时，监视干涉仪1内的干涉条纹，使得波前误差多项式倾斜系数Zernike小于λ/10；三、入射平面镜3的激光光束，经平面镜3反射后，经过分光镜2-2的反射，入射到被测光学系统2的接收光路组件2-4中，以此光束为基准调整接收光路组件2-4的光轴。

由于本发明的方法没有使用加工精度和难度都较高的角棱镜，克服了现有技术的缺陷。本发明提出一种高精度激光发射/接收系统基准轴确定技术，利用干涉仪、高精度调整机构、高精度平面镜，通过精确测量Zernike倾斜系数，依据激光发射光路组件的光轴确定激光接收光路组件的光轴基准，将激光接收光路的基准轴与发射光路的同轴度提高到0.1μrad的数量级，并可将此技术广泛应用于具有大孔径光学天线的光收发系统中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式由如下步骤组成：一、由干涉仪1发射激光光束，该光束依次透过被测光学系统2的发射光路组件2-1、分光镜2-2和光学天线2-3后出射；二、在光学天线2-3的出口外垂直其光轴设置一平面镜3，平面镜3安装在调整机构4上，通过调整机构4对平面镜3相对于入射激光光束的垂直度进行调整，以使从光学天线2-3出射到平面镜3表面上的激光光束沿原光路返回到干涉仪1中；利用调整机构4调整平面镜3时，监视干涉仪1内的干涉条纹，使得波前误差多项式倾斜系数Zernike小于λ/10；三、入射平面镜3的激光光束，经平面镜3反射后，经过分光镜2-2的反射，入射到被测光学系统2的接收光路组件2-4中，以此光束为基准调整接收光路组件2-4的光轴，即可保证被测光学系统2的发射光路与接收光路的不同轴度小于(λ/10)/φ。φ为光学天线2-3的有效口径，λ为激光光束的波长。

当平面镜3的光轴与光学天线2-3的发射光路光轴不重合时，波前误差的多项式系数Zernike倾斜量不为零，干涉仪1的条纹将呈现左右、上下不对称状态。

监视干涉仪1条纹的同时调节调整机构4，使得波前误差多项式倾斜系数Zernike小于λ/10，可保证平面镜3的光轴与发射光路光轴夹角小于(λ/10)/φ，入射平面镜3的激光光束，经平面镜3反射后，入射被测光学系统2的接收光路，以此光束为基准调整被测光学系统2的接收光路即可保证其发射与接收系统的不同轴度小于(λ/10)/φ。

使用时可以选择口径为φ300毫米的平面镜作为反射镜，面型精度RMS为1/70λ。可以选择美国ZYGO公司生产的GHI-4”HS型干涉仪发射参考光束，并探测反射波阵面与参考波阵面的干涉条纹。ZYGO公司生产的干涉仪具有CCD探测器，可将干涉条纹图像直接输入带有数据采集卡的计算机，进行图像处理。ZYGO公司生产的干涉仪主要参数为：口径φ300mm，工作波长632.8nm，可以选择水平旋转、俯仰旋转的二维高精度调整架作为调整机构4对平面镜的角度进行调整。