摘要：中波紅外（3～5 μm）在航天遙感中有著重要的應(yīng)用。由于背景輻射的影響，中波紅外光學(xué)系統(tǒng)一般要求達(dá)到 100%冷光闌效率。在航天應(yīng)用中由于系統(tǒng)輕量化的要求，同時(shí)要求光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡可能簡(jiǎn)化。光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得光學(xué)設(shè)計(jì)可以利用非球面，二元光學(xué)衍射面等，獲得更多的自由度，對(duì)成像光學(xué)系統(tǒng)的像差進(jìn)行有效的校正。利用三個(gè)光學(xué)元件，設(shè)計(jì)出波段范圍 3～5 μm，口徑 200 mm，F(xiàn)/2.5 的二次成像光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)由主光學(xué)卡塞格林系統(tǒng)加中繼系統(tǒng)組成。中繼系統(tǒng)由一片硫化鋅透鏡組成，成像質(zhì)量達(dá)到衍射極限。

引言 

在中長(zhǎng)波紅外遙感光學(xué)系統(tǒng)中，由于對(duì)背景輻射雜光抑制的要求，需要設(shè)計(jì)成 100%冷光闌和二次成像光學(xué)系統(tǒng)。在主光學(xué)采用兩鏡反射光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，中繼系統(tǒng)則需要獨(dú)立校正色差。利用傳統(tǒng)的折射球面來(lái)設(shè)計(jì)中繼系統(tǒng)時(shí)，往往結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜[2-4]

。 

1988 年，斯沃森（Swanson）和維爾得卡姆（Ve ldkamp）等人利用衍射光學(xué)器件的色散特性校正單透鏡的軸上色差和球差，研制了新型的二元光學(xué)透鏡——多階相位透鏡，展示了二元光學(xué)透鏡用于成像光學(xué)系統(tǒng)的巨大潛力和優(yōu)勢(shì)。折衍混合成像系統(tǒng)利用了光在二元光學(xué)透鏡中傳播過(guò)程中所具有的折射和衍射兩種性質(zhì)。它增加了光學(xué)設(shè)計(jì)的自由度，能夠改善系統(tǒng)像質(zhì)、減小體積。二元光學(xué)透鏡做成多階相位時(shí)，衍射效率極高，其色散特性與材料無(wú)關(guān)，在紅外系統(tǒng)中，尤為有利。本文在中繼光學(xué)系統(tǒng)中利用衍射光學(xué)元件，對(duì)中繼系統(tǒng)的色差進(jìn)行了有效的消除，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜度。設(shè)計(jì)出了3～5 μm，口徑200 mm，F(xiàn)/#＝2.5 的二次成像光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)由主光學(xué)Cassegrain 系統(tǒng)加中繼系統(tǒng)組成。中繼系統(tǒng)由一片硫化鋅透鏡組成，成像質(zhì)量接近衍射極限。

1.二元光學(xué)透鏡性質(zhì) 

在成像光學(xué)系統(tǒng)中，二元光學(xué)衍射透鏡同普通透鏡一樣會(huì)聚入射光線，但它不是根據(jù)折射，而是衍射原理。由于衍射作用透鏡產(chǎn)生色差的有效焦距同波長(zhǎng)成反比[6]

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