卡塞格林望遠鏡耦合系統錐形導管的仿真與誤差分析

張鵬飛，王志斌，李 曉，王立福

（中北大學 山西省光電信息與儀器工程技術研究中心，山西 太原030051）

引言

卡塞格林望遠鏡因其大口徑收光效果好作為前置光學系統，廣泛應用于激光通信［1］、遙感［2］和光譜儀器［3］等領域。卡塞格林的耦合系統有耦合進入單模光纖和多模光纖兩類，前者僅僅是將零視場的平行光束耦合進入單模光纖，其耦合方式主要應用非球面透鏡［4］和直接耦合［5］，后者在天文學方面運用較多，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管作為核心耦合器件。錐形導管可用做縮束［8］和LDA激光器耦合系統［9］，另外，作為耦合像斑進入多模光纖的器件，有增大耦合視場的作用，可以在遙測時獲取目標信號。為了獲得遠距離740nm～780nm的光譜信號的耦合信息，通過Zemax仿真軟件搭建了整個耦合系統，并計算了采用錐形導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 卡塞格林望遠鏡及耦合系統簡介

如圖1所示，整個系統由卡塞格林望遠鏡，錐形導管和多模光纖組成，三者共軸。帶有一定視場的平行光束成像在焦平面上，錐形導管入射面緊貼像面放置，利用錐形導管內全反射將像斑耦合進多模光纖。

圖1 卡塞格林望遠鏡及耦合系統示意圖Fig.1 Cassegrain telescope and coupling system

望遠鏡采用ABB公司MR170光譜輻射儀的窄角度卡塞格林望遠鏡，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。……