從光束抽取光學(xué)能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容一般涉及光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配置為生成用于光通信的信標(biāo)光束的透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]光通信系統(tǒng)——諸如激光通信系統(tǒng)——可使用定向的光線束以通過自由空間(如，通過空氣或空間)跨越大的距離(如，許多英里)通信數(shù)據(jù)。光線束可由第一設(shè)備(如，第一激光通信終端)產(chǎn)生，并可在位于第一設(shè)備的遠(yuǎn)程的第二設(shè)備(如，另一激光通信終端)處被接收。第一設(shè)備和第二設(shè)備可使用光線束建立用于傳輸和接收數(shù)據(jù)的雙向通信。由于光線束可具有窄的散射角，第二設(shè)備可能具有定位光線束的困難。為了增加第二設(shè)備探測(cè)光線束的能力，第一設(shè)備可生成信標(biāo)光束。信標(biāo)光束的光學(xué)能(即，光)可由下述產(chǎn)生:(1)鄰近主光學(xué)能量源(如，激光器)定位的專用的信標(biāo)光源(如，信標(biāo)光束光源)；或(2)由主光學(xué)能量源(如，激光器)產(chǎn)生的可抽取用于產(chǎn)生信標(biāo)光束的部分光學(xué)能。在第二個(gè)例子中，機(jī)械支座或支架可使透鏡放置在光線束(如，由主光學(xué)能量源產(chǎn)生的光)的光程內(nèi)，以使一部分光線束轉(zhuǎn)向。機(jī)械支座或支架可阻擋一部分的光線束從第一設(shè)備傳輸至第二設(shè)備。光線束被阻擋的部分減少光線束的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]激光通信終端可包括透鏡，其配置為生成用于建立與第二激光通信終端通信的信標(biāo)光束。透鏡包括放置在透鏡表面上的一個(gè)或多個(gè)折射元件。一個(gè)或多個(gè)折射元件配置為通過使從激光通信終端的光源發(fā)射的光的部分轉(zhuǎn)向而產(chǎn)生信標(biāo)光束。透鏡可以是基本上透明的板(如，光學(xué)玻璃板或聚合物板)。激光通信終端還可配置為生成用于與遠(yuǎn)程激光通信終端通信的原光束。一個(gè)或多個(gè)折射元件可配置為使用于生成原光束的光的部分轉(zhuǎn)向從而生成信標(biāo)光束。因?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)折射元件由基本上透明的透鏡保持在光的光程中，與機(jī)械支座和支架相關(guān)的光的損失可被消除。另外地，當(dāng)與使用機(jī)械支座或支架的激光通信終端相比時(shí)，包括在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中描述的透鏡的激光通信終端能夠以減少的傳送功率實(shí)現(xiàn)期望的光束強(qiáng)度和/或通信數(shù)據(jù)速率。
[0004]在具體的實(shí)施方式中，裝置包括光源、主鏡、副鏡和透鏡。光源可配置為發(fā)射具有高斯強(qiáng)度輪廓的光，諸如激光束。主鏡和副鏡可形成卡塞格倫光學(xué)系統(tǒng)。透鏡包括放置在透鏡的第一表面上的兩個(gè)折射元件。兩個(gè)折射元件可與透鏡的第一表面的中心大約等距離地放置。主鏡和副鏡可配置為使用由光源發(fā)射的光生成原光束。透鏡放置在光源和主鏡之間，并且兩個(gè)折射元件可配置為使用由光源發(fā)射的至少部分的光生成信標(biāo)光束。信標(biāo)光束可包括兩個(gè)各自的信標(biāo)光束，其在遠(yuǎn)場(chǎng)以均勻和均衡的方式重疊和/或會(huì)聚。第一各自的信標(biāo)光束可由第一折射元件生成和第二各自的信標(biāo)光束可由第二折射元件生成。
[0005]在另一實(shí)施方式中，激光通信終端包括第一透鏡、第二透鏡和光源。第一透鏡可以是物鏡，并且第一透鏡和光源可以被布置以形成沒有中心遮攔的折射光學(xué)系統(tǒng)(如，折射望遠(yuǎn)鏡)。第二透鏡包括配置為生成信標(biāo)光束的中心定位的折射元件，并且可被放置在光源和第一透鏡之間。中心定位的折射元件可居于激光通信終端的光軸的中心上。激光通信終端的第一透鏡可配置為使用由光源發(fā)射的光生成原光束，和第二透鏡的中心定位的折射元件可配置為使用由光源發(fā)射的光的至少一部分生成單一的信標(biāo)光束。
[0006]在實(shí)施方式中，透鏡具有第一表面和第二表面，其中第一表面可與第二表面由透鏡的厚度隔開。透鏡的第一表面可包括第一折射元件和第二折射元件。第一折射元件和第二折射元件可與透鏡的第一表面的中心大約等距離放置。當(dāng)透鏡被并入望遠(yuǎn)鏡中時(shí)，第一折射元件和第二折射元件可配置為當(dāng)由望遠(yuǎn)鏡的光源發(fā)射的光穿過透鏡時(shí)生成信標(biāo)光束。信標(biāo)光束可包括兩個(gè)各自的信標(biāo)光束，其在遠(yuǎn)場(chǎng)中以均勻和均衡的方式重疊和/或會(huì)聚。第一各自的信標(biāo)光束可由第一折射元件生成，和第二各自的信標(biāo)光束可由第二折射元件生成。
[0007]在另一實(shí)施方式中，方法包括使用由光源發(fā)射的光生成原光束。原光束可通過使用望遠(yuǎn)鏡的主鏡和副鏡反射光生成，如在典型的卡塞格倫光學(xué)布置中，或者原光束可通過物鏡生成，如在典型的折射光學(xué)布置中。方法包括利用望遠(yuǎn)鏡的透鏡使用部分的光生成二級(jí)光束(如，信標(biāo)光束)。在具有中心遮攔的光學(xué)系統(tǒng)中(如，根據(jù)卡塞格倫光學(xué)布置所布置的望遠(yuǎn)鏡)，透鏡包括與透鏡的第一表面的中心大約等距離放置的兩個(gè)或更多個(gè)折射元件，并且二級(jí)光束通過使用兩個(gè)或更多個(gè)折射元件使光的部分轉(zhuǎn)向而生成。在不包括中心遮攔的光學(xué)系統(tǒng)中，(如，根據(jù)折射光學(xué)布置所布置的望遠(yuǎn)鏡)，透鏡包括放置在透鏡的表面上的中心定位的折射元件，并且二級(jí)光束通過使用中心定位的折射元件使光的部分轉(zhuǎn)向而生成。
【附圖說明】
[0008]圖1是配置為生成原光束和信標(biāo)光束的激光通信終端的說明性實(shí)施方式的框圖；
[0009]圖2是配置為生成信標(biāo)光束的透鏡的說明性實(shí)施方式；
[0010]圖3是配置為生成信標(biāo)光束的透鏡的側(cè)視圖；
[0011]圖4是激光通信系統(tǒng)的說明性實(shí)施方式；
[0012]圖5包括與原光束和二級(jí)光束相關(guān)的光強(qiáng)度輪廓的說明性實(shí)例；和
[0013]圖6是生成原光束和二級(jí)光束的方法的實(shí)施方式的流程圖。
[0014]發(fā)明詳述
[0015]參考圖1，顯示配置為生成原光束和二級(jí)光束(信標(biāo)光束)的激光通信終端100的說明性實(shí)施方式的框圖。激光通信終端100包括光源102、主鏡104、副鏡106和透鏡120。在實(shí)施方式中，光源102可在激光通信終端100的外部并且不同于激光通信終端100。在實(shí)施方式中，光源102可以是激光器和/或可以包括其它部件(如，棱鏡、鏡面等)。
[0016]主鏡104和副鏡106可配置為使用由光源102發(fā)射的光110生成原光束110B。為了說明，光源102可配置為發(fā)射光110，使得光110被定向朝向副鏡106。在實(shí)施方式中，主鏡104和副鏡106可形成卡塞格倫光學(xué)系統(tǒng)。主鏡104可包括配置為使光110能夠無障礙的穿過主鏡104至副鏡106的中心孔(在圖1未示出)。副鏡106可以配置為朝向主鏡104反射大部分光110為光110A。主鏡104可配置為反射光110A為原光束110B。
[0017]在實(shí)施方式中，激光通信終端100可作為激光通信系統(tǒng)的一部分運(yùn)行并可經(jīng)由原光束110B向遠(yuǎn)程激光通信終端(圖1中未示出)傳送數(shù)據(jù)。例如，數(shù)據(jù)可被編碼在原光束110B內(nèi)(如，使用振幅調(diào)制、頻率調(diào)制、脈沖寬度調(diào)制等)。在實(shí)施方式中，原光束110B是基本上準(zhǔn)直的光束。原光束110B可由激光通信終端100通過開放空間(如，空氣、空間等)并且跨越長(zhǎng)距離(如，可超過一(1)英里的距離)傳送至遠(yuǎn)程激光通信終端。在【具體實(shí)施方式】中，激光通信終端100可以是第一望遠(yuǎn)鏡和遠(yuǎn)程激光通信終端(圖1中未示出)可以是第二望遠(yuǎn)鏡。第一望遠(yuǎn)鏡和第二望遠(yuǎn)鏡可相應(yīng)于收集、傳送和接收電磁輻射和幫助觀察的儀器。
[0018]由于來自激光通信終端100的原光束110B的小散射角并且由于缺少來自激光通信終端100的原光束110B瞄準(zhǔn)哪里使得在遠(yuǎn)程激光通信終端的接收孔處原光束110B被攔截或接收的精確的先驗(yàn)知識(shí)，在遠(yuǎn)程激光通信終端處探測(cè)原光束110B可能是困難的。例如，原光束110B可具有大約一(1)至