一种红外衍射望远镜的光学设计

设计了一款口径为3 m的衍射望远镜,其工作波段为7.7~10.3μm,光谱宽度|Δλ/λ|达到了1/3.设计结果表明,系统得到了接近衍射极限的成像质量.制作了一套缩比的衍射望远镜,成像质量优异.     

成像光谱仪的离轴反射式光学系统设计

高分辨率成像光谱仪要求光学系统在宽视场和宽波段范围内具有高的空间分辨率和光谱分辨率。根据同轴三反光学系统初级像差理论计算初始结构,并分别将孔径光阑置于主镜、次镜和三镜焦点,通过光阑和视场离轴,设计了无中心遮拦的离轴反射式光学系统。其光谱范围为1.0~2.5 m,焦距f=1 600 mm,相对孔径为1/ 5,视场角为6.861.48,满足成像光谱仪宽视场、大相对孔径离轴三反消象散光学系统的设计指标。     

离轴三反射镜光学系统研究

离轴三反镜光学系统具有高分辨率、大视场、质量轻、小体积等优点,能够满足空间对地遥感、红外系统多波段探测以及空间探测系统等的要求,使其光学系统具备高分辨率、小型化、轻量化等特点,成为研究的热点.以离轴三反射镜光学系统设计方法为基础,重点分析并讨论了三反射镜系统初始结构参量的确定方法.主要对传统的初始结构参量确定方法进行了分析,讨论了三种不同结构类型情况下系统各几何参量的求解范围,有利于系统根据实际需要合理选择结构参量.比较了两种初始结构设计方法的优缺点,指出了各自的适用情况.最后依据理论研究进行了实例设计,从像质的评定结果可以看出,系统成像质量接近衍射极限.     

用于多光谱遥感器的离轴三反射镜光学系统的设计与检验

未来的航空侦察系统要求其光学系统在宽视场范围内具有高空间分辨率。该遥感器飞行高度为10km,在6°视场内需要分辨10cm的地面目标,光谱覆盖范围为0.4μm～10.0μm,包括可见光、近红外(NIR)、中红外(MWIR)和远红外(LWIR)。本文介绍了满足这些要求的离轴三反射镜光学系统的设计和相关的试验结果。三反射镜消像散系统包括两个非球面凹反射镜和一个球面凸反射镜,并实现了远心平像场设计。     

大视场、大口径双波段红外非制冷光学系统

军事和安全应用都需要利用红外探测技术来进行目标跟踪和搜索.由于红外或热成像系统探测的目标辐射能量低,因此需要光学系统具有强的集光能力;另外,用凝视方式可以获取大场景红外图像以去除传统的机械扫描装置,这要求红外光学系统具有足够大的视场.该工作研究的光学系统视场大于60×3.5度,F数F/1~F/2.5.采用了离轴三反射镜光学系统,系统结构简单,成像质量达到衍射极限.     

航天遥感反射式光学系统设计

航空遥感光学系统与一般光学系统相比,具有长焦距,大口径,宽波段等特点,因此反射式光学系统得到了广泛的应用.分析了最常用的两镜反射系统和三镜反射系统,用初级像差理论分析了同轴两反RC系统,同轴三反系统的设计方法,指出了各种常用系统的适用范围,给出了具体的设计步骤.     

宽波段DMD动态红外景象仿真器投影光学系统设计

宽波段红外景象仿真器可用于内场评价和验证中波/长波红外双波段成像仪。详细介绍了基于数字微镜器件(DMD)的动态红外景象仿真器的组成和工作原理。重点介绍了覆盖中波和长波红外的宽波段红外投影光学系统的指标要求、设计思想和设计结果。基于离轴三反射镜系统设计的系统,具有无色差、适用波段宽、相对孔径大、结构较紧凑、成像质量好等优点。根据待测设备要求,设计了一款口径100、相对孔径F/2.84、全面视场角4.4°、成像质量接近于衍射极限的宽波段投影光学系统。     

望远镜的紧凑型闭环液晶自适应光学系统设计

在利用地基大口径光学望远镜进行天文观测时,液晶自适应光学成像技术已经被应用于校正大气湍流所引起的波前像差。应用Zemax软件和尽量少的光学元件,设计出了与1200mm望远镜匹配的紧凑型闭环液晶自适应光学系统。针对本套闭环自适应光学系统自身的特殊要求,制定了具体的公差原则,并应用Zemax软件进行了公差分析,结果表明,本套闭环液晶自适应光学系统具备较宽松的公差条件,可以实现较容易的加工和装调。对该紧凑型闭环液晶自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的性能进行了相应的评价:自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.13m,F数为17.92,P-V值为0.122λ,RMS值为0.031λ,MTF曲线接近衍射极限,光学传递函数的模在33lp/mm时可以达到0.5,而成像CCD的极限分辨率为31lp/mm,充分地利用了CCD相机的分辨资源。     

离轴三反射式光学系统的设计

详细讨论了三反射式光学系统的设计方法,从初级像差理论出发推导出了三反射式系统初始结构的计算公式,并且得出了系统结构形式与其基本结构参数和焦距之间的关系.通过设计实例讨论了不同的三反射式光学系统的特点及其应用.设计了大视场、小F数且实现衍射极限成像的Cook-TMA光学系统和有利于杂散光抑制、小F数且实现衍射极限成像的Rug-TMA光学系统.     

离轴望远镜—新一代地球观测望远镜

１９９１年Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ启动了一项为机载地球观测望远镜研制强有力的望远镜的计划,本文概述了主项计划的一些主要结果。为了强调这些活动的重要性,本文还增加了一段简短的历史回顾。     

多相位256×256衍射微透镜的设计及其光学性能研究

介绍了衍射微透镜阵列的设计原理与制作工艺方法 ,在此基础上运用部分刻蚀法研制出适用于 3～ 5 μm波长多相位 2 5 6× 2 5 6衍射微透镜阵列。利用光通信半导体激光器和探测器建立了一套测试系统 ,并对所设计的多相位衍射微透镜阵列的衍射率和点扩散函数进行了测试 ,8相位和 16相位石英衍射微透镜的衍射率分别高达 80 .2 %和 87.5 % ,完全满足实际应用的要求。     

设计参数变化对衍射微透镜的影响

给出了多台阶衍射微透镜的设计公式,并阐述了旋转体时域有限差分法。通过采用该方法对设计的多台阶衍射微透镜进行分析,说明了设计参数(包括焦距、入射波长、透镜材料折射率)的变化与微透镜衍射效率、爱里斑半径、最大场强变化的关系,对部分结果的定性讨论与数值分析结果一致。     

大视场折/衍混合系统光学设计

本文讨论了二元光学器件作为象质补偿器应用于大视场时的情况,并采用Ｚｅｍａｘ 软件设计了适用于紫外波段的折／衍混合系统。光学系统的焦距ｆ＝ １３ｍｍ ,Ｆ／＃ ＝２．５,λｃ＝０ ．２８５μｍ ,２ω＝ ６０°。通过比较两种材料和两种平衡象差的方案,得到了满意的设计结果     

600mm薄镜面主动光学望远镜轴系结构设计

为研究大型望远镜薄镜面主动光学的核心技术,以600 mm望远镜为缩比系统,采用高精度标准轴承设计了具有快速装调、高互换性和便于维护等特点的俯仰-方位轴系结构.俯仰轴系由向心角接触球轴承构成,方位轴系由推力球轴承和双列圆柱滚子轴承构成.采用有限元软件Patran仿真得到了系统的前三阶固有频率和振型.分析了影响轴系回转精度的误差源,采用谐波理论对轴系误差测量结果进行了处理,得到俯仰轴系晃动误差为4.2,方位轴系晃动误差为9.3.望远镜在外场观星试验中得到了比较理想的成像效果,验证了轴系结构设计的合理性和正确性,并为中小型望远镜高精度轴系的研制提供了设计依据和技术途径.     

折衍混合紫外告警光学系统设计

为了满足紫外告警系统在军事方面的应用,采用二元衍射元件和非球面元件,设计了一种日盲紫外告警的光学系统,其工作波长范围为240nm～280nm,视场角为40°,采用“负-正“型式的反摄远镜头结构,仅由5块透镜构成,此镜头结构简单、体积较小、能量集中度高。结果表明,此设计方案能很好地解决紫外镜头轴外像差校正的问题,使点列图能量集中,小于紫外CCD的像素,满足紫外告警设计要求。     

大型光学望远镜子镜单元微位移促动器综述

微位移促动器是拼接镜面望远镜子镜主动支撑系统中的关键执行机构,在应用中必须同时满足大行程、高精度和高负载等要求.随着望远镜口径的不断增大,促动器在保持高精度和高负载的同时还应具有更大的行程,这对促动器的设计来说是一个挑战.为了寻找微位移促动器结构的可行方案,给促动器的研究人员提供系统的参考,本文针对大型光学红外拼接镜面...     

一种红外双波段衍射望远镜的光学设计

深入研究了双层谐衍射光学元件,基于衍射效率方程对双层衍射元件的衍射效率进行优化.光学系统在中波红外和长波红外波段的衍射效率均超过了99%,极大地提高了图像的对比度和像质.设计了一款新型的红外双波段衍射望远镜,取得了接近衍射极限的成像质量,易于加工.     

地基大型望远镜数字通信系统的设计

数据通信系统是整个大型望远镜的数据传输中枢。针对地基大型望远镜分系统多,信号种类繁杂、分布不均匀和分布距离较远等特点,设计了一种基于大规模集成电路FPGA的数据通信系统。系统分为机上数据通信系统和机下数据通信系统两部分,机上与机下数据通信系统通过单根光纤进行连接。系统最多可提供60路RS422、32路TTL、10路RS485和4路RS232同步传输。同时,系统以GPS时钟频率为基准频率产生多种工作时序,为望远镜提供同步工作脉冲;通过采集曝光脉冲对应时刻的时间数据和编码器数据锁存当前的时空信息。硬件方面采用XILINX公司的Virtex-5系列FPGA为核心处理芯片完成该系统的设计,实验结果表明系统可满足大型望远镜数据通信的需求。     

Polymer Deformable Mirror for Optical Auto Focusing

A low‐stress organic polymer membrane is proposed as a deformable mirror that can be incorporated into a cellular phone camera to achieve auto focusing without motor‐type moving parts. It is demonstrated that our fabricated device has an optical power of 20 diopters and can switch focus in 14 ms. The surface roughness of the organic membrane is measured around 15 nm, less than λ/20 of the visible light. With curve fitting, we found that the actuated membrane is almost parabolic in shape, which leads to less aberration than spherical surfaces. It is suitable for reflective‐optics systems.