Коллиматор на основе линзы с кольцевой апертурой и аксикона

Ханенко Ю.В., Скиданов Р.В., Пронин И.С., Подтихова С.С., Успленьев Г.В.

Ссылка для цитирования:

Ханенко Ю.В., Скиданов Р.В., Пронин И.С., Подтихова С.С., Успленьев Г.В. Коллиматор на основе линзы с кольцевой апертурой и аксикона // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 10. С. 22–30. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-10-22-30

Khanenko Yu.V., Skidanov R.V., Pronin I.S., Podtikhova S.S., Uspleniev G.V. Collimator based on a lens with an annular aperture and an axicon [in Russian] // Opticheskii Journal. 2026. V. 93. № 10. P. 22–30. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-10-22-30

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Рассмотрена возможность коллимации лазерного излучения на основе двух дифракционных оптических элементов: бинарного дифракционного аксикона и кольцевой дифракционной линзы. Цель работы — снижение расходимости лазерного пучка и уменьшение габаритов коллиматора до размеров, достаточных для использования на спутниках формата кубсат. Метод. В работе проводился эксперимент по коллимации светового пучка на основе системы с большим количеством внутренних отражений для уменьшения продольных габаритов коллиматора. Основные результаты. Разработанный коллиматор позволил снизить расходимость лазерного пучка в 3–5 раз в сравнении с традиционными коллиматорами на рефракционных элементах. Размеры коллиматора удалось уменьшить в 3–7 раз в сравнении с другими коллиматорами с таким же фокусным расстоянием. Практическая значимость. Полученные результаты в будущем будут использованы при создании систем оптической связи в малых космических аппаратах формата кубсат с размерами 3U и более.

Ключевые слова:

коллимация, лазерный пучок, межспутниковая связь, дифракционные оптические элементы

Благодарность:

работа проведена в рамках выполнения государственного задания НИЦ «Курчатовский институт» в части теоретического расчёта оптической схемы и изготовления дифракционных оптических элементов, а также работа выполнена при финансовой поддержке Фонда НТИ в рамках договора № 70-2025-000804 от 26.05.2025 в части экспериментального исследования

Коды OCIS: 080.0080, 050.0050

Список источников:

1. Kanmani R., Sankaranarayanan K.K. Study of wireless optical CDMA LAN in indoor environment // International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology (IJARCET). 2013. V. 2(2). P. 831–838.
2. Helvajian H., Janson S. Small satellites: past, present, and future. California: American Institute of Aeronautics and Astronautics. Inc., 2009. 876 p.
3. Sun Z. Satellite networking: Principles and protocols. Chichester: John Wiley & Sons, 2014. 337 p.
4. Chan V.W. Optical satellite networks // Journal of Lightwave Technology. 2003. V. 21(11). P. 2811–2827. DOI: 10.1109/JLT.2003.819534
5. Kaushal H., Kaddoum G. Optical communication in space: Challenges and mitigation techniques // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2016. V. 19(1). P. 57–96. DOI:10.1109/COMST.2016.2603518
6. Zhi D., Ma Y., Chen Z., Wang X., Zhou P., Si L. Large deflection angle, high-power adaptive fiber optics collimator with preserved near-diffraction-limited beam quality // Opt. Lett. 2016. V. 41. P. 2217–2220. DOI:10.1364/OL.41.002217
7. Wood A., Jung, Y., Richardson D.J. Multiport fiber optic beam splitters for space division multiplexed (SDM) systems // IEEE Photonics Technol. Lett. 2020. V. 32. P. 795–798. DOI: 10.1109/LPT.2020.2997756
8. Beresnev L.A., Motes R.A., Townes K.J., Marple P., Gurton K., Valenzuela A.R., Williamson C., Liu J.J., Washer C. Design of a noncooled fiber collimator for compact, high-efficiency fiber laser arrays // Appl. Opt. 2017. V. 56. P. B169–B178. DOI: 10.1364/AO.56.00B169
9. Denisov V.I., Ivanenko A.V., Nyushkov B.N., Pivtsov V.S. Femtosecond fibre laser with a hybrid linear-ring cavity // Quantum Electron. 2008. V. 38. P. 801–802. DOI: 10.1070/QE2008v038n09ABEH013924
10. Nyushkov B., Kobtsev S., Antropov A., Kolker D., Pivtsov V. Femtosecond 78-nm tunable Er:fibre laser based on drop-shaped resonator topology // J. Lightwave Technol. 2019. V. 37. P. 1359–1363. DOI: 10.1109/JLT.2019.2893291

11. Wan Q., Wan Z., Liu H., Liu D. A two-in-one Faraday rotator mirror exempt of active optical alignment // Opt. Express. 2014. V. 22. P. 3557–3563.
12. Carrasco-Casado A., Shiratama K., Kolev D. et al. Miniaturized multi-platform free-space laser-communication terminals for beyond-5G networks and space applications // Photonics. 2024. V. 11. № 6. P. 545. DOI: 10.3390/photonics11060545
13. Chaudhary S., Sharma A., Singh V. Optimization of high speed and long haul inter-satellitecommunication link by incorporating differential phase shift key and orthogonal frequency division multiplexing scheme // Optik. 2019. V. 176. P. 185–190. DOI: 10.1016/j.ijleo.2018.09.037
14. Skidanov R.V. Compact imaging systems based on annular harmonic lenses / Skidanov R.V., Strelkov Yu.S., Volotovsky S. et al. // Sensors. 2020. V. 20. Iss. 14. P. 1–15. DOI: 10.3390/s20143914