卡塞格林望遠(yuǎn)鏡耦合系統(tǒng)錐形導(dǎo)管的仿真與誤差分析

張鵬飛，王志斌，李 曉，王立福

（中北大學(xué) 山西省光電信息與儀器工程技術(shù)研究中心，山西 太原030051）

引言

卡塞格林望遠(yuǎn)鏡因其大口徑收光效果好作為前置光學(xué)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于激光通信［1］、遙感［2］和光譜儀器［3］等領(lǐng)域。卡塞格林的耦合系統(tǒng)有耦合進(jìn)入單模光纖和多模光纖兩類(lèi)，前者僅僅是將零視場(chǎng)的平行光束耦合進(jìn)入單模光纖，其耦合方式主要應(yīng)用非球面透鏡［4］和直接耦合［5］，后者在天文學(xué)方面運(yùn)用較多，多采用光纖分束器耦合和直接耦合的方式［6－7］。為了讓更多光線耦合入多模光纖，嘗試性采用較為便宜的錐形導(dǎo)管作為核心耦合器件。錐形導(dǎo)管可用做縮束［8］和LDA激光器耦合系統(tǒng)［9］，另外，作為耦合像斑進(jìn)入多模光纖的器件，有增大耦合視場(chǎng)的作用，可以在遙測(cè)時(shí)獲取目標(biāo)信號(hào)。為了獲得遠(yuǎn)距離740nm～780nm的光譜信號(hào)的耦合信息，通過(guò)Zemax仿真軟件搭建了整個(gè)耦合系統(tǒng)，并計(jì)算了采用錐形導(dǎo)管作為耦合器件后耦合效率較光纖直接耦合提升的幅度。

1 卡塞格林望遠(yuǎn)鏡及耦合系統(tǒng)簡(jiǎn)介

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由卡塞格林望遠(yuǎn)鏡，錐形導(dǎo)管和多模光纖組成，三者共軸。帶有一定視場(chǎng)的平行光束成像在焦平面上，錐形導(dǎo)管入射面緊貼像面放置，利用錐形導(dǎo)管內(nèi)全反射將像斑耦合進(jìn)多模光纖。

圖1 卡塞格林望遠(yuǎn)鏡及耦合系統(tǒng)示意圖Fig.1 Cassegrain telescope and coupling system

望遠(yuǎn)鏡采用ABB公司MR170光譜輻射儀的窄角度卡塞格林望遠(yuǎn)鏡，其拋物面主鏡的口徑為250mm，焦距為325mm，雙曲面副鏡口徑為75mm，共軛焦距分別為73mm和290mm，望遠(yuǎn)鏡的有效焦距為1 300mm，其中心遮擋比為0.3，具有4mrad的最大視場(chǎng)。……