红外折/衍混合光学系统无热化设计

论述了利用衍射元件实现光学系统消热差的原理和设计方法.利用衍射光学元件特殊的消热差和消色差特性,设计了8～12μm波段内,焦距为90mm,F/#为1.5,视场角为±2°,在-40～80℃温度范围内既消热差又消色差的折/衍混合红外光学系统,并给出了评价结果.该系统在工作温度范围内,成像质量接近衍射极限,适用于非制冷红外焦平面阵列热像仪上.     

红外7.5～10.5μm波段折射/衍射光学系统的消热差设计

分析了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性,设计了在红外7.5μm～10.5μm波段的红外折射/衍射混合消热差光学系统并进行了分析.设计结果表明,该系统在-40℃～60℃温度范围内不仅得到接近衍射极限的成像质量,而且具有结构简单,体积小,重量轻的特点.     

长波红外光学系统无热化设计

分析了衍射光学元件在红外光学系统中的消热差特性,设计了工作于8～12 μm,全视场角为6.44°的红外消热差光学系统,设计结果表明,该系统在-10℃～60℃温度范围内成像质量接近衍射极限,适用于像元尺寸为45μm的非制冷焦平面阵列探测器.     

折/衍混合红外光学系统无热设计

论述了衍射光学元件的环境温度特性实现光学消热差和消色差的原理和设计方法.给出了3～5 μm波段,焦距70.3 mm,F数为2的在-40～60℃温度范围内实现消热差的折衍混合红外光学系统的设计方法和评价结果,同时为了比较设计了一个与折衍混合系统性能参数一样的全折射系统,比较结果发现折衍混合系统比全折射系统具有更优良的光学性能.它能减小色差,成像质量高,体积小、重量轻,并且在要求的温度范围内性能稳定,使得衍射光学元件在光学领域中有更广泛的应用.     

红外8～12μm 波段折射衍射光学系统的无热化设计

分析了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性,设计了在红外8μm～12μm 波段的红外折射/衍射混合无热化光学系统并进行了分析。设计结果表明,该系统在-40℃～60℃温度范围内不仅得到接近衍射极限的成像质量,而且具有结构简单,体积小,重量轻的特点。     

实现消热差和消色差的折衍混合红外光学系统

论述了利用衍射光学元件的环境温度特性实现光学系统消热差的原理和设计方法,给出了8－12μm波段内、焦距123mm、相对口径1／2．5在20－50℃温度范围内实现消热差和消色差的折衍混合红外光学系统的设计和评价结果;叙述了用NANOFORM250型金刚石微表面发生器在Ge单晶平面基体上加上衍射元件的主要过程和测试结果,最后给出了在不同温度下用英国Ealing传递函数仪测试系统性能的测试结果。     

含有双层衍射光学元件的红外双波段无热化光学系统的设计

建立了工作在一定入射角度范围内的多层衍射光学元件的复合带宽积分平均衍射效率的分析模型。基于衍射光学元件所具有的独特的消色差和消热差性质,设计了一个含有双层衍射光学元件的工作在3.7～4.8mm和7.7～9.5mm红外双波段光学系统。光学系统的焦距为100mm,F#为2,采用像元数为640×512、间距为15mm的制冷型探测器。该系统在空间频率33lp/mm时,中、长波红外MTF分别高于0.52和0.16,最大RMS半径小于9.88mm,波前像差小于0.0705λ,最大离焦量小于焦深,在-40℃～71℃范围内实现了无热化设计。系统中采用的双层衍射光学元件在红外双波段的带宽积分平均衍射效率高于99.15%。入射到衍射面上的角度为0°～10°,该双层衍射光学元件在中波和长波波段的复合带宽积分平均衍射效率分别为97.70%和96.95%。     

折衍混合系统在无热化设计中的应用

介绍了几种常见的无热化设计方法,并对衍射元件在无热化设计中的应用进行了重点分析。针对衍射元件在光学被动式消热差系统中的应用,设计了一种长波红外折衍混合消热差系统。设计的光学系统在-40℃~+70℃范围内,实现了消热差和消色差,像质较好,而且结构简单、紧凑,实用性强。     

折衍混合长波红外光学系统消热差设计

分析了温度变化对红外光学系统结构参数的影响,给出了红外光学系统消热差设计应满足的条件,讨论了衍射光学元件的温度特性,并将其引入到红外光学系统的消热差设计中.利用ZEMAX软件,设计了一套由锗和硫化锌组合的三片式折衍混合长波红外光学系统,其工作波段为8~12 m,视场为10.2,焦距为45 mm,F/#为1.5,总长为70 mm.设计结果表明,该镜头在-40~60 ℃温度范围内成像质量接近衍射极限,系统全视场调制传递函数在特征频率20 lp/mm处高于0.6, 87%的能量集中在探测器的一个像元内,实现了消热差设计.该系统具有结构紧凑、体积小、质量轻等优点,适用于军事或空间红外系统.     

折衍混合红外光学系统消热差设计

论述了衍射光学元件的消热差和消色差的温度特性及设计方法,根据折射和衍射光学元件固有特性,设计采用320×256凝视焦平面阵列探测器,工作在中波3~5μm,视场范围为8°×6°的红外系统,该系统使用硅和锗两种红外光学材料。实现了在-40~60℃温度范围内消热差和消色差,像质优良。此系统具有成像质量高、体积小、重量轻、工作温度范围宽的特点,使得折/衍混合光学元件在机载红外成像系统中得到成功应用。     

8倍双视场大相对孔径红外折/衍射系统设计

针对红外光电跟踪系统的研制要求,设计了一套8～12μm波段折/衍射混合型双视场变焦系统。该系统结构简单、相对孔径大、变倍比高,突破了以往红外变焦系统相对孔径小、变倍比小、结构复杂等缺陷;采用衍射元件的固有特性进行消色差及消热差设计,并利用锗与硫化锌的混合来校正系统色球差,其最终设计的相对孔径(即F数)为1.1,系统变倍比为8。设计结果表明,在空间频率18lp/mm处,-40～70℃温度范围内,宽视场及窄视场MTF均在0.55以上,接近衍射极限;在接受半径为15μm的探测器像元内,能量透过率大于78.5%,表明该系统具有良好的成像质量,在实际使用温度环境下实现了消热差设计。     

一种长波红外光学消热差系统设计

介绍了长波红外消热差系统的种类,分析了温度对光学元件的影响,并列出光学参量随温度变化的公式。总结了红外消热差系统的设计原理,解出消热差消色差条件方程组并设计了一个工作波段为8～12 m,f=25mm,F数1.2,配384×288,像元大小25 m非制冷探测器的系统。结果表明,系统结构简单,在-40℃～80℃温度范围内系统调制传递函数,均方根弥散斑直径变化均很小,符合红外消热差系统的条件。     

一种紧凑的红外消热差光学系统

介绍了温度变化对红外光学系统的影响.仅用硅和锗两种常用红外材料,设计了三片折射式消热差红外光学系统.设计结果表明,在-40～ 60℃温度范围内,具有良好的消热差作用,成像质量接近衍射限,且具有结构简单、体积小、成本低等优点,可应用于军事或空间红外光学系统.     

基于谐衍射理论的0.40～2.50μm宽波段光学系统设计

基于谐衍射光学元件的负色散和消热差特性,设计了一种工作波段为0.40～2.50μm的宽波段光学成像系统。建立了双层衍射光学元件带宽积分平均衍射效率的数学模型。运用Matlab软件确定衍射元件的最佳设计波长。采用BaF₂、AL₂O₃、AL₂O₃-E、普通光学玻璃(KZFSN5、SF57)设计了折衍混合5片式光学结构,并通过合理分配光焦度实现了宽波段共光路共焦面集成。实验结果表明,该系统的有效焦距为100 mm,视场角为9.4°,F数为2.8,在-40～60℃范围内可实现无热化。在奈奎斯特频率50 lp/mm处,0.40～0.78μm波段的调制传递函数(MTF)均大于0.6,0.78～2.50μm波段的MTF均大于0.5。相比基于折射透镜的传统宽波段光学系统,该系统具有结构简单、尺寸小且成像质量接近衍射极限的优点。     

折衍混合车载红外镜头无热化设计

论述了利用衍射元件实现光学系统无热化的原理,并利用衍射光学元件特殊的消热差和色散特性,设计并研制了折衍混合无热化车载红外镜头,在仅使用一种红外材料的情况下完成了宽温度范围自调焦设计,且衍射面特征尺寸大,易于加工制作.系统工作波段为8～12 μm,视场为36°×27°,焦距为19mm,F/#为1.1.该镜头体积小,重量轻...     

消旋检测装置的红外光学系统分析与设计

设计了一种用于检测机载制冷型CCD消旋机构的长波红外光学系统。采用二次成像的方法保证冷光阑效率,应用光学被动消热差原理实现宽温度范围内热差补偿;系统引入以非球面为基底的衍射元件校正像差,探讨了衍射元件面形误差对系统光学性能的影响。设计结果表明,系统结构紧凑,重量轻,在-40~60℃的宽温度范围内实现了光学被动消热差的目的,达到100%的冷光阑效率及抑制冷反射的效果。     

单片式红外中波温度自适应光学系统设计

推导了衍射光学元件的温度特性和色散方程,分析了折/衍混合光学系统消热差、消色差可能性.设计了单片式红外中波温度自适应光学系统,系统仅含有一片硒化锌透镜,焦距=50mm,F数4,配合中波制冷红外焦平面探测器,冷光阑效率达到100％,系统结构简单,重量轻,体积小.用光学设计软件ZEMAX进行像质评价,在-40℃～60℃范围...     

一种紧凑型红外光学系统设计

介绍了制冷型红外成像光学系统设计初始结构的选择方法,采用折反射光学系统结构,设计了一种紧凑型红外光学系统,实现总长/焦距比为0.59,在-40～60℃温度范围内,具有良好的消热差作用,成像质量接近衍射限,具有结构紧凑、体积小等优点,可满足红外成像导引头的使用要求。：     

激光测风雷达折射式收发同轴光学天线设计

为了提高光学系统的环境适应性,采用光机结合被动消热差的方法,设计消热差的折射式收发同轴光学天线。利用ZEMAX软件仿真分析了工作距离为50m~3000m、环境温度为-45℃~65℃范围内所设计天线的像质情况;搭建实验平台,测试实际光斑质量,并对仿真结果进行了实验验证。结果表明,天线在探测范围内波像差小于0.25λ,光学质量接近衍射极限,在环境温度变化范围内光斑90%的能量集中在最大相干长度内,且各视场能量分布均匀。该研究为天线的光学参量和结构参量合理化设计提供了理论依据。     

红外双波段消热差系统设计

引入了光学材料双波段的平均规化热差系数 T,建立了在3～5μm和8～12μm两个波段上分离透镜消色差、消热差方程组。得到对该光学系统设计的材料选择具有指导作用的三维无热差图,并利用透视投影原理得到相应的投影无热差图。设计了视场4°、有效焦距61mm、F数为2.5、温度范围在-54～71℃、适用于3～5μm和8～12μm双波段的红外光学系统。该系统在3～5μm和8～12μm波段调制传递函数基本达到衍射极限,在空间频率为10lp/mm时,数值分别为0.87和0.68;当温度从-54℃变化到71℃时,数值波动不到0.01;轴向像差在-54～71℃温度范围内,最大值分别为45μm和93μm,都小于相应波段的系统焦深。因此,设计系统具有非常好的双波段消色差、消热差能力。