的照明设计软件有

Lightools、Tracepro 和 ASAP，成像设计软件有 Codev、Zemax 和 Oslo。

　　收光学天线，它是空间光通信系统的重要组成部分。发射天线的作用是对光束进行双曲
线的实轴，

b0 为双曲线的虚轴，2c0 为双曲线焦距。并运用先进的光学设计软件 Zemax 对结

构进行优化。
　　

1.4 光学天线系统的设计要求

　　光学天线系统的主要设计要求如下：
　　

(1)光学天线有较大的入瞳直径，以便能最大限度地收集来自光源的信号。

　　

(2)天线的成像质量高，斯特列尔比(Strehl Ratio)大于 0.8。

　　

(3)天线主、次镜反射率大于 95%，透镜透射率大于 90%。

　　

(4)光学主天线(卡塞格伦天线)具有低的遮挡率，小于 0.4。

　　

(5)系统中所有的光学零件采用的材料质量轻，热膨胀系数小，稳定性高，使用寿命长。

　　

2.卡塞格伦天线子系统的设计

　　

2.1 卡塞格伦天线子系统的镜面组合

　　本系统中的卡塞格伦光学天线采用抛物面镜作主镜，双曲面镜作次镜，且抛物面与双
曲面共焦。下面将对抛物面镜和双曲面镜的方程及参数进行介绍。
　　

2.2 卡塞格伦天线子系统的成像质量分析

　　常用的评价方法有：点列图、瑞利判断、斯特列尔

(Strehl)判断，点扩散函数(PSF)、光学

传递函数

(MTF)、波像差、场曲和畸变曲线等。

　　

3.光学天线系统的设计

　　发射端光学天线的作用是将光源的发散角压缩后再通过发射望远镜进一步准直。接收端
光学天线的作用是将接收到的空间激光信号收集并汇聚到光接收器件的有效接收表面光学
系统设计的准则是：只要可以满足成像质量要求，设计的系统越简单越好。发射光与接收光
利用分色镜隔离，本系统有三条通道：发射通道、实验通道和接收通道。下图为接收光学天
线系统的三维仿真图，发射光学天线系统图与其类似。
　　在接收光学天线系统中，激光束先由接收卡塞格伦天线主、次镜反射后传到双分离透镜，
经过双分离透镜准直整形和分色镜透射后的光束发将变窄，然后凹透镜再对光束进一步准
直。为了隔离杂散光及背景光，在凹透镜前插入了一个滤波片。经滤波片和分束镜后出来的
光束将分成两束光，此时的光束宽度约

7.3mm。透射出的光经汇聚后进入实验通道。而为了

实现耦合透镜对入射光的要求（光束宽度小于

2mm）和提高系统的成像质量，经分束镜反

射后的光束先经压缩透镜组整形后再进入耦合透镜。最后以

FC/PC 光纤引出，进入后面的

模块。
　　

4.光学天线系统的测试及性能分析

　　

4.1 光学天线系统成像质量分析

　　系统焦平面成像达到了衍射极限，与卡塞格伦天线子系统的像质比较，光源经过整个
系统后的像质更优劣，这是因为经过相对较多的光学元件后，像差得到了更好的校正。
　　

4.2 光束发散损耗

　　随着通信距离、发散角的增加和接收天线主镜口径的减小，由于光束发散引起的损耗越
来越大。但是我们从图

5-4 中可以看出，在相同传输距离下，当接收系统孔径超过 10cm 时，

由接收孔径大小造成的损耗差别很小，并且随着传输距离的增加这种差别会更小。因此，综
合损耗因素和系统体积因素，接收孔径一般在

10cm～20cm 左右。

　　

5.结束语

　　论文主要研究了光学天线系统的设计原理及方法，设计出一套中心波长

1550nm 波段

的光学天线系统，对设计的系统进行了加工实现、测试和性能分析。通过对卡塞格伦天线结
构的建模分析和光学设计软件

Zemax 的应用，优化设计出主镜和次镜均为非球面镜、中心