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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明公开了一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统，涉及自由空间光通信技术领域，为达到上述目的，本发明的技术方案为：系统由三行乘三列的排布方式的九个复眼通道构成，各个通道接收到分立的光强信号经由光纤传递到探测器上；九个复眼通道中，位于中心的复眼通道采用透镜组实现光斑聚焦，非中心的复眼通道采用四角棱镜与自由曲面棱镜结合的形式引入畸变以扩大视场，非中心的复眼通道与中心的复眼通道结合，通过对称排布实现全空间通信信号接收。本发明能够应用于自由空间光通信链路中，在不同方位角上对称放置实现4π方位角内的全空间通信信号接收。

主权项：1.一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统，其特征在于，系统由三行乘三列的排布方式的九个复眼通道构成，各个通道接收到分立的光强信号经由光纤传递到探测器上；所述九个复眼通道中，位于中心的复眼通道采用透镜组实现光斑聚焦，非中心的复眼通道采用四角棱镜与自由曲面棱镜结合的形式引入畸变以扩大视场，非中心的复眼通道与中心的复眼通道结合，通过对称排布实现全空间通信信号接收；所述系统由三行乘三列的排布方式的九个复眼通道构成，具体为：中心复眼通道位于整个系统中心位置；非中心的复眼通道包括4个轴向复眼通道和4个对角复眼通道；以中心复眼通道所在位置为原点，构建系统坐标系，向右为z轴正向，向上为y轴正向，垂直纸面向里为x轴正向；4个轴向复眼通道的光学信号入口中心点至原点的连线与Z轴正半轴所成角度分别为0°、90°、180°和360°；4个对角复眼通道的光学信号入口中心点至原点的连线与Z轴正半轴所成角度分别为45°、135°、225°和315°；所述轴向复眼通道由轴向四角棱镜13、轴向自由曲面棱镜14、轴向光纤15和轴向探测器16构成；所述轴向四角棱镜13使非对称视场光线经历两次反射与两次折射后进入轴向自由曲面棱镜14；光线经过轴向自由曲面棱镜14发生二次折射，汇聚至轴向光纤15端面上，经轴向光纤15传输至轴向探测器16靶面上，实现信号探测；所述轴向四角棱镜13是基于轴向复眼通道所需探测视场设计的棱镜系统，其通过引入畸变将大弯折角度的入射光线引入轴向复眼通道中，具体设计方案如下：所述轴向四角棱镜13中具有四个光学表面，依据反射定理与折射定理构建边缘视场主光线在经过四角棱镜13后，入射角度与出射角度之间的数学关系为：θi＝Fαj,cj,nλ,θoj＝1,2,3,4其中，θi为轴向四角棱镜入射光线与轴向复眼通道光学信号入口法线之间的夹角；F为依据反射定理与折射定理构建的表示入射角度与出射角度数学关系的模型；αj为第j个光学表面与xj所在坐标轴的夹角；cj为第j个光学表面方程中的常数值；nλ为轴向四角棱镜13所选玻璃材料在工作波长处的折射率；θo为轴向四角棱镜13出射光线与光阑法线之间的夹角；在复眼通道中引入轴向四角棱镜13以扩大视场的问题简化为多变量优化问题，具体为：max{θi}＝Fαj,cj,nλ,θoj＝1,2,3,4其中，αj,cj,nλ为待优化自变量；求解所述多变量优化问题获得待优化自变量αj,cj,nλ的最优解，据此构建第j个光学表面方程为fjxj,yj，其数学表达为：fjxj,yj＝-xjsinαj+yjcosαj+cj＝0其中，xj,yj分别轴向四角棱镜13第j个光学平面上点的坐标值，αj为轴向四角棱镜13第j个光学表面与xj所在坐标轴的夹角，cj为轴向四角棱镜13第j个光学表面方程的常数；j＝1,2,3,4。

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