二元光学超光谱成像仪分光系统设计

二元光学元件用作透镜在原理上色差非常大,若不在设计上做出补偿,则会限制其在宽波段上使用。阐述了利用二元光学元件色散特性的新型超光谱成像仪的基本原理和应用前景。由于国内加工衍射透镜工艺条件的限制,提出利用折衍混合透镜代替衍射透镜来实现色散和成像,介绍了此透镜系统的设计方法,利用光学设计软件进行分析和评估,希望对二元光学超光谱成像仪的设计具有指导意义。     

利用二元光学器件消二级光谱设计

二元光学器件除了能减小成像系统的体积、重量和成本外,还具有许多传统光学元件无法比拟的优越性,如独特的色散特性。通过采用基于二元光学器件的折衍射混合设计以及等效玻璃的方法,设计了长焦距宽波段望远系统,并对其二级光谱进行校正。最后通过光学软件模拟结果表明:利用二元光学元件能很好地实现消二级光谱,并且实现了系统的轻量化。     

二元光学元件

二元光学元件是一种新型的衍射光学元件,它对光学仪器的小型化、集成化起着很重要的作用。本文介绍了二元光学元件的概况,衍射透镜理论,二元光学元件的制造方法以及发展趋势。     

衍/折射光学元件消二级光谱的设计

 采用衍/折射光学元件结合的方法，使用两种玻璃设计了星载用长焦距望远物镜，对其二级光谱进行了校正。具体介绍了衍/折透镜望远透镜消二级光谱方法、步骤。计算机模拟结果表明：校正后的望远物镜轴上位置色差小于0.08mm，满足使用要求，并且设计方法步骤简单。     

中波红外微型静态傅里叶变换光谱仪的设计与分析

提出一种基于微光学元件的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪,通过引入红外微结构衍射光学元件、多级微反射镜和微透镜阵列,实现仪器的微型化.介绍了微型傅里叶变换红外光谱仪的结构及基本原理,分析了微型准直系统和聚焦耦合光学系统的设计理论,研究了单片折衍混合准直透镜的残存像差、衍射面的衍射效率、多级微反射镜的衍射、微透镜阵列的孔径衍射和中继系统的轴向装配误差对光谱复原的影响.最后,对中波红外微型傅里叶变换光谱仪进行了建模仿真,得到的复原光谱与理想的光谱曲线比较符合,实际的光谱复原误差为2.89%.该中波红外微型静态傅里叶变换光谱仪无可动部件,且采用了微光学元件取代了传统的红外镜头,不仅稳定性良好,而且体积小、重量轻,有利于在线监测应用.     

谐衍射双波段红外超光谱探测系统研究

根据谐衍射元件的特殊色散原理及红外波段的窗口特性，将谐衍射透镜应用于红外超光谱探测器中.阐述了利用衍射光学元件色散特性的新型红外双波段超光谱探测成像的基本原理，给出了具体的系统设计实例.设计结果表明，此系统提高了图像的分辨率,增大了接收光能量的能力.在两个波段内同时较好地完成了系统的像差校正，波前差都小于1/4波长.在20线对/mm时, 光学传递函数在这两个波段内的各个变焦位置均达到衍射极限. 关键词： 谐衍射元件 超光谱探测 光学设计     

二元光学反／衍混合Schmidt望远系统光学设计

针对空间光学系统轻型的特点，采用衍射光学元件取代Ｓｃｈｍｉｄｔ校正板来校正系统像差，设计了一个二元光学反／衍混合Ｓｃｈｍｉｄｔ望远系统。光学系统的通光孔径为＝２００ｍｍ，相对孔径Ｆ／＃＝１．９，波长λ＝４．３μｍ，视场２ω＝１０°。光学设计采用ＯＳＬＯｓｉｘ软件。光学设计结果：空间频率ν≤６０ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍ时，调制传递函数ＭＴＦ≥０．４。     

新型衍射光学成像光谱仪的设计和分析

为了克服在传统衍射光学成像光谱仪中,衍射透镜的焦距随波长变化引起系统放大率随波长变化,从而导致光谱图像的像元配准误差,得到并不精确的相对光谱信号强度,提出了将衍射透镜与消色差透镜系统相结合的新型折/衍混合、二组元复合远心成像光学系统的技术方案,具体分析推导了该系统的成像理论.在此理论指导下,利用光学设计软件Zemax设计了一套可见近红外成像光谱仪光学系统.结果表明,不但系统的放大率不随波长变化,而且进一步降低了衍射透镜的加工难度,改进了衍射光学成像光谱仪的光学性能,为新型衍射光学成像光谱仪的研制提供了重要的理论依据和设计指导.     

二元微透镜的位相平衡设计及叠加积分衍射分析

本文用位相平衡设计法设计了优化的二元光学微透镜，这是对Ｄａｍｍａｎｎ阶梯波带片设计方法的一种改进。文中用叠加积分作了二元微透镜的衍射分析，并与Ｄａｍｍａｎｎ法作了比较，计算结果说明本方法的衍射效率及象质都优于Ｄａｍｍａｎｎ法。且能设计更大相对口径（Ｄ／ｆ）。具有任意物象距的二元微透镜。     

衍射光学元件热稳定性的分析

本文对折射元件和衍射元件的温度特性进行了分析,建立了透镜焦距和衍射效率随环境温度的变化关系,通过施密特红外望远镜系统的设计,比较了折射非球面与衍射光学校正板的温度特性对系统光学传递函数的影响,结果表明衍射光学元件具有较好的热稳定性.     

非制冷长波红外热像仪折衍混合双视场光学系统设计

根据衍射光学元件具有大的负向色散特性,将衍射光学元件应用于红外双视场光学系统中,根据傅里叶光学分析衍射光学元件(DOE)的消色差,列表对比折射透镜与衍射光学透镜的特性,并给出变倍比为4∶1可用作非制冷红外热像仪的光学系统的具体设计实例.系统采用切入式变焦方式,在短焦时切入2片透镜实现宽视场,通过引入二元面和非球面提高了成像质量.设计结果表明:在空间频率11 lp/mm处,短焦距40 mm时,各个视场的MTF值均大于0.6;长焦距160 mm时,各个视场的MTF值均大于0.7,宽视场和窄视场都具有较好的成像质量.     

带有二元光学元件的可见光望远镜设计

本文讨论了可见光常规望远镜的特点及存在的问题，论述了在望远镜系统中加入二元光学元件（ＢＯＥ）的优点和设计方法。通过具体设计实例表明：混合型望远镜系统与光学性能与基本相同的常规望远镜相比，元件数目减少，且所有元件均使用Ｋ９玻璃，系统重量变轻，系统的结构简化。     

Electromagnetic effects for the resonance-domain IR diffractive optics

Binary optics technology enables the manufacture of arrays of diffractive micro-optical elements which are used in many optoelectronic devices, e.g. the focal plane collection optics. The first-order diffraction grating efficiency decreases in the best part of the resonance-domain region of diffraction, i.e. when the grating period is close to the optical wavelength in the substrate material. A large fraction of the fast binary lens surface relief is built of staircase annular structures whose width is of wavelength scale. Therefore, the rigorous electromagnetic theory of gratings has been applied in this paper to calculate and analyze the diffraction effects for the resonance-domain longwave (8–12 μm) infrared (LWIR) binary optics. It is shown that electromagnetic effects limit the speed of the LWIR first-order diffractive lenses and the optical gain achievable with the diffractive lenses used as the focal plane collection optics in the IR detection systems.     

Diffractive lenses for high-power terahertz radiation beams

Techniques for manufacturing silicon binary (two-level) diffractive lenses and polypropylene kinoform diffractive lenses for the terahertz spectrum range are described. The elements are 1 and 0.8 mm thick, respectively. The silicon lens is manufactured in two versions: with no coating and with a parylene C (polyparaxylylene) antireflection coating. Characteristics of the diffractive optical elements are studied in the beam of a pulse-periodic free electron laser at a radiation wavelength of 141 μm and a repetition rate of 5.6MHz. The radiation resistance of the parylene coating, tested on the Novosibirsk free electron laser, was not impaired when the coating was exposed to an average power density of 4 kW cm^?2, the peak power in a 100-picosecond pulse being almost 8 MW cm^?2.     

二元光学在光学观测轰炸瞄准中的应用研究

光学观测瞄准是大中型轰炸机主要的对地攻击瞄准方式,其光学系统一般采用望远式光学系统,这就要求光学系统能满足可见光和近红外光两个光谱波段。根据国内大中型轰炸机光学观测瞄准系统的主要缺陷,结合光学观测瞄准的实际,探讨了基于二元光学的光学观测系统的组成结构和瞄准原理,分析了可见光波段混合目镜的光学性能、谐衍射物镜的衍射效率以及近红外光波段光学系统的像质,推导了横偏棱镜调平误差引起的瞄准误差的数学表达式,并对设计的合理性进行了验证。     

新型光学元件

介绍了近几年来在光电仪器中开始使用的新型光学元件,它们是衍射元件与衍射折射混合元件,溶胶－ 凝胶法高纯度特殊元件和微光学元件,轴向梯度元件以及玻璃－ 液体组合元件等。介绍了它们的应用和制造方法。这些元件给光学系统设计提供了新的自由度,并大大地简化了系统的结构和减小了系统的尺寸。     

折衍射混合复消色差望远物镜中的色球差

一个正透镜、一个负透镜及一个衍射光学元件以不同的组合可以构成两种折衍射混合光学系统.当这两种系统消球差、彗差及复消色差后会产生不同的色球差.通过赛德尔像差理论,分析了这两种结构产生不同色球差的原因.计算表明当衍射光学元件以负透镜的平面为基底时产生的色球差为以正透镜的平面为基底时产生的色球差的7倍.对衍射光学元件以负透镜的平面为基底的情形,提出了减小系统色球差的解决办法,使系统色球差减小到0.307 mm.另外设计了一个传统复消色差光学系统,并和折衍射混合光学系统进行了比较,分析表明,衍射光学元件可代替传统光学系统中的特殊光学材料并使系统达到相同的成像质量.最后讨论了衍射光学元件的衍射效率对系统成像质量的影响.