从光束抽取光学能的方法
【技术领域】
[0001]本公开内容一般涉及光通信系统，该系统包括配置为生成用于光通信的信标光束的透镜。
【背景技术】
[0002]光通信系统——诸如激光通信系统——可使用定向的光线束以通过自由空间(如，通过空气或空间)跨越大的距离(如，许多英里)通信数据。光线束可由第一设备(如，第一激光通信终端)产生，并可在位于第一设备的远程的第二设备(如，另一激光通信终端)处被接收。第一设备和第二设备可使用光线束建立用于传输和接收数据的双向通信。由于光线束可具有窄的散射角，第二设备可能具有定位光线束的困难。为了增加第二设备探测光线束的能力，第一设备可生成信标光束。信标光束的光学能(即，光)可由下述产生:(1)邻近主光学能量源(如，激光器)定位的专用的信标光源(如，信标光束光源)；或(2)由主光学能量源(如，激光器)产生的可抽取用于产生信标光束的部分光学能。在第二个例子中，机械支座或支架可使透镜放置在光线束(如，由主光学能量源产生的光)的光程内，以使一部分光线束转向。机械支座或支架可阻挡一部分的光线束从第一设备传输至第二设备。光线束被阻挡的部分减少光线束的强度。
【发明内容】
[0003]激光通信终端可包括透镜，其配置为生成用于建立与第二激光通信终端通信的信标光束。透镜包括放置在透镜表面上的一个或多个折射元件。一个或多个折射元件配置为通过使从激光通信终端的光源发射的光的部分转向而产生信标光束。透镜可以是基本上透明的板(如，光学玻璃板或聚合物板)。激光通信终端还可配置为生成用于与远程激光通信终端通信的原光束。一个或多个折射元件可配置为使用于生成原光束的光的部分转向从而生成信标光束。因为一个或多个折射元件由基本上透明的透镜保持在光的光程中，与机械支座和支架相关的光的损失可被消除。另外地，当与使用机械支座或支架的激光通信终端相比时，包括在本文中公开的一个或多个实施方式中描述的透镜的激光通信终端能够以减少的传送功率实现期望的光束强度和/或通信数据速率。
[0004]在具体的实施方式中，装置包括光源、主镜、副镜和透镜。光源可配置为发射具有高斯强度轮廓的光，诸如激光束。主镜和副镜可形成卡塞格伦光学系统。透镜包括放置在透镜的第一表面上的两个折射元件。两个折射元件可与透镜的第一表面的中心大约等距离地放置。主镜和副镜可配置为使用由光源发射的光生成原光束。透镜放置在光源和主镜之间，并且两个折射元件可配置为使用由光源发射的至少部分的光生成信标光束。信标光束可包括两个各自的信标光束，其在远场以均匀和均衡的方式重叠和/或会聚。第一各自的信标光束可由第一折射元件生成和第二各自的信标光束可由第二折射元件生成。
[0005]在另一实施方式中，激光通信终端包括第一透镜、第二透镜和光源。第一透镜可以是物镜，并且第一透镜和光源可以被布置以形成没有中心遮拦的折射光学系统(如，折射望远镜)。第二透镜包括配置为生成信标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镜之间。中心定位的折射元件可居于激光通信终端的光轴的中心上。激光通信终端的第一透镜可配置为使用由光源发射的光生成原光束，和第二透镜的中心定位的折射元件可配置为使用由光源发射的光的至少一部分生成单一的信标光束。
[0006]在实施方式中，透镜具有第一表面和第二表面，其中第一表面可与第二表面由透镜的厚度隔开。透镜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与透镜的第一表面的中心大约等距离放置。当透镜被并入望远镜中时，第一折射元件和第二折射元件可配置为当由望远镜的光源发射的光穿过透镜时生成信标光束。信标光束可包括两个各自的信标光束，其在远场中以均匀和均衡的方式重叠和/或会聚。第一各自的信标光束可由第一折射元件生成，和第二各自的信标光束可由第二折射元件生成。
[0007]在另一实施方式中，方法包括使用由光源发射的光生成原光束。原光束可通过使用望远镜的主镜和副镜反射光生成，如在典型的卡塞格伦光学布置中，或者原光束可通过物镜生成，如在典型的折射光学布置中。方法包括利用望远镜的透镜使用部分的光生成二级光束(如，信标光束)。在具有中心遮拦的光学系统中(如，根据卡塞格伦光学布置所布置的望远镜)，透镜包括与透镜的第一表面的中心大约等距离放置的两个或更多个折射元件，并且二级光束通过使用两个或更多个折射元件使光的部分转向而生成。在不包括中心遮拦的光学系统中，(如，根据折射光学布置所布置的望远镜)，透镜包括放置在透镜的表面上的中心定位的折射元件，并且二级光束通过使用中心定位的折射元件使光的部分转向而生成。
【附图说明】
[0008]图1是配置为生成原光束和信标光束的激光通信终端的说明性实施方式的框图；
[0009]图2是配置为生成信标光束的透镜的说明性实施方式；
[0010]图3是配置为生成信标光束的透镜的侧视图；
[0011]图4是激光通信系统的说明性实施方式；
[0012]图5包括与原光束和二级光束相关的光强度轮廓的说明性实例；和
[0013]图6是生成原光束和二级光束的方法的实施方式的流程图。
[0014]发明详述
[0015]参考图1，显示配置为生成原光束和二级光束(信标光束)的激光通信终端100的说明性实施方式的框图。激光通信终端100包括光源102、主镜104、副镜106和透镜120。在实施方式中，光源102可在激光通信终端100的外部并且不同于激光通信终端100。在实施方式中，光源102可以是激光器和/或可以包括其它部件(如，棱镜、镜面等)。
[0016]主镜104和副镜106可配置为使用由光源102发射的光110生成原光束110B。为了说明，光源102可配置为发射光110，使得光110被定向朝向副镜106。在实施方式中，主镜104和副镜106可形成卡塞格伦光学系统。主镜104可包括配置为使光110能够无障碍的穿过主镜104至副镜106的中心孔(在图1未示出)。副镜106可以配置为朝向主镜104反射大部分光110为光110A。主镜104可配置为反射光110A为原光束110B。
[0017]在实施方式中，激光通信终端100可作为激光通信系统的一部分运行并可经由原光束110B向远程激光通信终端(图1中未示出)传送数据。例如，数据可被编码在原光束110B内(如，使用振幅调制、频率调制、脉冲宽度调制等)。在实施方式中，原光束110B是基本上准直的光束。原光束110B可由激光通信终端100通过开放空间(如，空气、空间等)并且跨越长距离(如，可超过一(1)英里的距离)传送至远程激光通信终端。在【具体实施方式】中，激光通信终端100可以是第一望远镜和远程激光通信终端(图1中未示出)可以是第二望远镜。第一望远镜和第二望远镜可相应于收集、传送和接收电磁辐射和帮助观察的仪器。
[0018]由于来自激光通信终端100的原光束110B的小散射角并且由于缺少来自激光通信终端100的原光束110B瞄准哪里使得在远程激光通信终端的接收孔处原光束110B被拦截或接收的精确的先验知识，在远程激光通信终端处探测原光束110B可能是困难的。例如，原光束110B可具有大约一(1)至