一种适用于机载激光通信设备的光线扩束系统的制作方法

1.本发明涉及航空航天遥感技术领域，特别涉及一种适用于机载激光通信设备的光线扩束系统。


背景技术：

2.激光通信具有高速率、高增益、轻小型化、抗电磁干扰、不易被截获等突出优点，并具有空空、空地、深空等链路的应用前景。机载平台是扩展其应用空间的一个优良载体。
3.激光扩束系统是激光通信设备中的重要组件之一。扩束系统能够有效地向特定的方向辐射和接收光信号能量；在发送端压缩光束发散角，在接收端增大接收面积，共同减小光束发散损耗。
4.机载平台需要重点考虑高空环境以及平台的振动特性等因素对系统的影响。一般情况下，平台高度每增加1km温度下降6℃，温度环境的变化要求系统具有较高的温度适应性。机载平台对挂载的质量具有严格的限制，此外，飞行过程中，平台表面的高频振动要求结构具有良好的动态力学性能。
5.激光扩束系统内含有多个光学镜片，通常安装方法是将这些镜片安装在同一个镜座或镜筒中，依次使用隔圈保证它们之间有正确的空间位置，并在最后使用压圈将这些零件夹持到位。对于含有反射镜的扩束系统，这种方法会导致整体质量大，增加装配难度；并且由于没有柔性支撑结构的卸载能力，抗振动能力差，性能稳定性低。


技术实现要素：

6.为了解决传统激光扩束系统结构质量大，力热性能不够稳定的问题，本发明提出一种适用于机载激光通信设备的光线扩束系统。该扩束系统可在保证系统功能性的同时，提高系统结构的轻量化和力热性能稳定性，降低机载平台飞行环境对扩束系统性能的影响，从而有效确保结构的安全性。
7.本发明采用的技术方案为：一种适用于机载激光通信设备的光线扩束系统，包括主反射镜组件1、次反射镜组件2、校正镜组件3、主支撑组件4、次反射镜调节垫片5和校正镜调节垫片6；所述主支撑组件4包括主支撑桁架41和主支撑背板42，所述主反射镜组件1和校正镜组件3固定安装在主支撑背板42上，次反射镜组件2固定安装在主支撑桁架41上，所述主支撑桁架41固定安装在主支撑背板42上，次反射镜调节垫片5设置在次反射镜组件2和主支撑桁架41之间，校正镜调节垫片6设置在校正镜组件3和主支撑背板42之间；所述主反射镜组件1包括主反射镜镜体11和三个均匀分布于背部的柔性支撑结构12；所述次反射镜组件2包括次反射镜镜体21和一个背部柔性支撑结构22；所述校正镜组件3包括四片透镜31和镜筒32。
8.进一步地，所述主支撑桁架41为桁架杆411和薄壁筒412的组合形式，包括三个均
匀分布的桁架杆411和高度为22.5mm，厚度为2mm的薄壁筒412，桁架杆411以120
°
间隔均匀分布，且三个桁架杆所环绕的轴线与薄壁筒的中心轴线相重合。
9.进一步地，所述主支撑背板42为加强筋421和薄面板422的组合形式，加强筋厚度为2mm，薄面板厚度为3mm，固定安装在主支撑桁架的桁架杆411下方，且中线轴线与主支撑桁架41的中心轴线重合。
10.进一步地，所述主反射镜组件1和次反射镜组件2分别安装在主支撑桁架的桁架杆411和主支撑背板42上，且中心轴线均与主支撑组件4的中心轴线重合，主反射镜镜体11和次反射镜镜体21的顶点距离为120mm。
11.进一步地，主反射镜组件1的柔性支撑结构12包括同轴布置的粘接环121、注胶孔122、中心轴123、底部连接座124；粘接环121为圆柱环面，外圆柱面用于和反射镜镜体粘接，中心轴123用于粘接环121和底部连接座124的连接，底部连接座124用于和主支撑背板42的连接，主反射镜组件1通过三个120
°
均匀分布的柔性支撑结构安装在主支撑背板42上。
12.进一步地，所述柔性支撑结构12的粘接环121上设有四个在圆周上均匀分布的直径为1.5mm的注胶孔122。
13.进一步地，所述校正镜组件3中每个镜片相邻的镜筒筒壁上均设有四个沿圆周均匀分布的直径为2mm的注胶孔33，校正镜组件3安装在主支撑背板42背部，且中心轴线与主支撑组件4的中心轴线相重合。
14.进一步地，所述主反射镜组件1、次反射镜组件2、校正镜组件3、主支撑组件4、次反射镜调节垫片5和校正镜调节垫片6所用材料的热膨胀系数均相匹配。
15.进一步地，次反射镜调节垫片5和校正镜调节垫片6的端面通过研磨后进行装调。
16.本发明相比现有技术具有的有益效果如下：1、本发明的主支撑桁架采用桁架杆和薄壁筒的组合形式，主支撑背板为加强筋和薄面板的组合形式，保证性能的同时提高了轻量化。
17.2、本发明反射镜组件中的反射镜采用柔性支撑的方式固定在主支撑结构上，当外界重力方向、温度、振动环境变化时，柔性支撑起到隔离形变和应力的作用，可有效降低对反射镜镜面的影响。
18.3、本发明提供中，各组件材料热膨胀系数相匹配，并圆周对称，有效提高了系统的热稳定性。
19.4、本发明通过设置次反射镜条件垫片和校正镜垫片，能够在安装调试过程中方便调整次镜和校正镜的位置是系统达到光学系统要求的功能性。
20.总之，本发明能够在保证功能性的前提下，有效提高系统的轻量化以及性能稳定性。
附图说明
21.图1为本发明实施例中机载激光通信设备的光线扩束系统结构示意图；图2为本发明实施例中机载激光通信设备的光线扩束系统主视图；图3为本发明实施例中主反射镜组件结构示意图；图4为本发明实施例中校正镜组件的剖视图；
图5为本发明实施例中主支撑背板的结构示意图；图6为本发明实施例中主反射镜柔性支撑的结构示意图。
22.附图标记说明：1-主反射镜组件、11-主反射镜镜体、12-主反射镜柔性支撑结构、121-粘接环、122-注胶孔、123-中心轴、124-底部连接座、2-次反射镜组件、21-次反射镜镜体、22-次反射镜柔性支撑结构、3-校正镜组件、31-透镜、32-镜筒、4-主支撑组件、41-主支撑桁架、411-桁架杆、412-薄壁筒、42-主支撑背板、421-加强筋、421-薄面板、5-次反射镜调节垫片、6-校正镜调节垫片。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
24.如图1~6所示，一种适用于机载激光通信设备的光线扩束系统，包括主反射镜组件1、次反射镜组件2、校正镜组件3、主支撑桁架41、主支撑背板42、次反射镜调节垫片5和校正镜调节垫片6。
25.主反射镜组件1和校正镜组件3固定安装在主支撑背板42上，次反射镜组件2固定安装在主支撑桁架41上，主支撑桁架41安装在主支撑背板42上，次反射镜调节垫片5设置在次反射镜组件2和主支撑桁架41之间，校正镜调节垫片6设置在校正镜组件3和主支撑背板42之间；主反射镜组件1包括主反射镜镜体11和三个均匀分布于背部的主反射镜柔性支撑结构12，次反射镜组件2包括次反射镜镜体21和一个背部的次反射镜柔性支撑结构22，校正镜组件3包括四片透镜和镜筒。
26.主反射镜镜体11和次反射镜镜体21之间的顶点距离为120mm。
27.主支撑桁架41为桁架杆和薄壁筒的组合形式，包括三个均匀分布的桁架杆411，以及高度为22.5mm、厚度为2mm的薄壁筒412；主支撑背板42正面去除了大部分材料，包括薄面板422，并设置有加强筋421，加强筋厚度仅2mm。
28.主反射镜柔性支撑结构12包括粘接环121、中心轴123和底部连接座124。粘接环121为圆柱环面，外圆柱面用于和反射镜镜体粘接，中心轴123用于粘接环和底部连接座的连接，底部连接座124用于和主支撑背板的连接。主反射镜背部柔性支撑结构12的上部粘接环上还设有四个沿圆周均匀分布的直径1.5mm的注胶孔122。
29.校正镜组件3中每个镜片相邻的镜筒筒壁上均设有四个沿圆周均匀分布的直径为2mm的注胶孔33。
30.反射镜镜体、反射镜柔性支撑结构、主支撑桁架、主支撑背板选用材料的热膨胀系数均相匹配。
31.此外，通过研磨次反射镜调节垫片和校正镜调节垫片的端面，可以方便扩束系统的装调。
32.以下为另一个实施例：一种适用于机载激光通信设备的光线扩束系统，包括主反射镜组件、次反射镜组件、校正镜组件、主支撑桁架、主支撑背板、次镜调节垫片和校正镜调节垫片。主反射镜顶点和次反射镜顶点之间的距离为120mm。主反射镜组件包括主反射镜镜体和三个柔性支撑结
构；次反射镜组件包括次反射镜和一个柔性支撑结构；柔性支撑结构一端连接反射镜，另一端连接主支撑结构；主支撑背板上设置有主反射镜组件和主支撑桁架的安装接口，主支撑桁架上设置有次反射镜组件的安装接口。
33.主反射镜柔性支撑结构包括同轴布置的粘接环、中心轴和底部连接座；粘接环为圆柱环面，外圆柱面用于和反射镜镜体粘接，中心轴用于粘接环和底部连接座的连接，底部连接座用于和主支撑背板的连接；粘接环上设置有四个圆周均匀分布的直径1.5mm的注胶孔。
34.主支撑桁架为桁架杆和薄壁筒的组合形式，主支撑背板为加强筋和薄面板的组合形式。本技术中通过合理设置薄壁筒的高度和厚度，加强筋的厚度以及薄面板的厚度，并结合各组件材料热膨胀系数相匹配的特性，使结构轻量化的同时有效改善系统的力学性能和热学性能。
35.本系统的加工和装配过程如下：1.分别加工出各镜片和机械件；其中光学镜片面形加工到五十分之一至四十分之一个波长范围，机械件安装面的平面度和位置精度优于0.005mm；2.装配前，清洗各个零件，配研加工柔性支撑结构，将柔性支撑结构粘接在反射镜安装孔内；并检测反射镜的面形精度；3.将主反射镜组件通过螺钉连接在主支撑背板上，将主支撑桁架通过螺钉连接在主支撑背板上，将次反射镜组件通过螺钉安装在主支撑桁架上，其中次反射镜调节垫片在次反射镜组件和主支撑桁架之间，将校正镜组件通过螺钉安装在主支撑背板上，其中校正镜调节垫片在校正镜组件和主支撑背板之间；4.研磨次反射镜调节垫片和校正镜调节垫片，检测系统波像差。
36.本发明中，主、次反射镜组件由轻型反射镜及其柔性支撑组成，校正镜组件由四片透镜及其支撑镜筒组成；主支撑桁架和背板为主、次反射镜组件和校正镜组件提供安装接口，并保证各镜片之间的位置精度；柔性支撑环节可以为多方向提供柔性，有效隔离外界载荷对反射镜的影响；主支撑桁架和主支撑背板在充分轻量化的同时，具有足够的静态刚度的动态刚度。本发明可在保证系统功能性的前提下，提高系统的轻量化和力热性能稳定性，能够克服传统设备难以满足质量限制和振动要求的难题。
37.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。