4-39 角锥后向反射器的数值模拟

叶一东 彭 勇 陈天江 苏 毅 易亨瑜

　　理想情况下，角锥后向反射器把入射到上面的光线按平行于入射方向的相反方向反射回去，除了用于室内实验外，在野外合作目标的探测和激光测距，在卫星搭载用于卫星精确定轨、地球物理或大气参数，具有重要的科学应用价值。

　　建立了角锥后向反射器物理模型，对反射光束的模拟结果表明，较近传输距离L，如L=10m(图1)，光斑光强分布除了具有菲涅耳圆孔衍射的图案外，受二面角加工误差的影响很大。当二面角误差为正（二面角大于90° ）时，棱的方向上出现暗的阴影；二面角误差为负（二面角小于90° ）时，棱的方向上出现亮的干涉条纹。较远一些距离L，如L=500m(图2)，二面角误差对光强分布的影响已经充分表现出来。3个二面角都是正偏差的角反射器的光斑发散得较大，一般是空心的，中心光强较弱；3个二面角都是负偏差的角锥反射器，各个区域的反射光向中心会聚，光斑较小。针对不同的二面角加工误差、不同的入射角，我们对星载角锥后向反射器的反射特性进行了数值模拟，结果为以下三点。

　　(1) 当三个二面角偏差相同时，角锥反射器各区域的反射光都偏离中心，光强环状分布。对于那些不具有三轴稳定的卫星，宜采用3个二面角偏差基本一致的角锥反射器，利用角锥反射器的反射光束的环状分布特性，以保证当卫星处于任意随机姿态情况下，角锥反射器都能满足速差补偿条件；(2) 当3个二面角误差都不相同时，地面光强不具有环状分布特性，能量集中在某些特殊方向上，峰值强度比(1)情况下大得多。对于具有三轴稳定姿态控制的卫星，可以从商业化加工精度（90° ±3'' ）的角锥反射器(应采用耐空间辐射的熔石英材料)中挑选出大量满足速差补偿条件的器件；通过适当设计和选择在卫星上的安装方向，可以在补偿速差的同时增加接收望远镜处的反射光强度，这对于降低角锥反射器加工成本和减小照明激光能量具有重要意义；(3) 光束斜入射到角反射器上的情况下，地面光强分布与正入射时总体趋势一致，但光斑尺度随入射角的增大而扩展，峰值光强降低，原因在于有效反射口径变小了。