机载新颖连续变焦中波红外光学系统设计

针对制冷式640×512元凝视焦平面阵列探测器,设计了结构紧凑的高性能机械补偿30倍连续变焦光学系统.该系统采用新颖的三组元变倍形式和三次成像方法设计.工作波段为3.7 ~ 4.8 μm,F/# =4,变焦范围750 ~25 mm.首先利用光学设计软件给出了系统的光学外形结构图; 然后,进行了像质评价分析,变焦曲线分析,温度环境适应性分析和冷反射分析; 最后,介绍了该系统应用微扫描成像技术提高分辨率的方法.结果表明,该光学系统在空间频率30 lp/mm处的光学传递函数 ( MTF) 值均接近衍射极限, 弥散斑直径的均方根 ( RMS) 值均小于15 μm.变焦曲线平滑,且移动组最大行程小于71 mm.移动组透镜的轴向移动可完成系统调焦及温度补偿.光学系统满足100 %冷光阑效率,在-40 ~60 ℃温度范围内均有良好的像质.同时,满足新一代机载前视红外( FLIR)系统的要求.     

地面长波红外高光谱成像气体探测研究

报道了地面长波红外遥测的新进展 ,具体阐述了窗扫时空调制傅里叶光谱成像技术的实现过程.演示装置基于角锥反射镜M ichelson干涉具 ,构成了空间调制干涉 ;采用了制冷型长波红外焦平面探测器组件 ,通过对数据立方体的采集、重组、基线校正、切趾、相位校正和傅里叶变换等处理 ,实现了长波红外波段高光谱成像.自研的CHIPED-1长波红外高光谱成像原理实验装置的探测灵敏度指标噪声等效辐射通量密度NESR在单次采样时达到了5.6 × 10-8 W · (cm-1 · sr · cm2 )-1 ,与商品化时间调制干涉高光谱成像仪相当 ;反映了技术的先进性 ,并留有较大的改进空间.通过测试聚丙烯薄膜的透过率曲线 ,CHIPED-1红外高光谱成像原理实验装置的光谱响应范围达到了11. 5 μm.文章还以室外高楼和乙醚气体的探测实验为例 ,研究了二维分布化学气体VOC的高光谱成像探测方法.在复杂背景和低试验浓度情况下 ,从同一波数的红外光谱切片上 ,观察不出乙醚蒸气的存在 ,但是进行了差谱处理后 ,可以清楚看到乙醚蒸气的空间分布.高光谱方法应用在有机蒸气VOC的红外探测领域 ,相对于宽波段热成像方法 ,具有灵敏度高、抗干扰能力强和识别种类多等诸多优势.     

壳聚糖/LaF3:Eu3+纳米复合粒子的简易合成及发光特性

在水溶液中采用化学共沉淀法制备了壳聚糖/LaF3∶Eu3+纳米复合粒子.通过透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),傅立叶变换近红外(FT-IR)光谱对样品进行了表征.结果表明:所得纳米复合粒子大小在 20 nm左右,粒径均匀,表面包覆的壳聚糖使其易溶于水,并具备了与生物蛋白偶联的多个基团.测量了该纳米复合粒子的激发光谱与发射光谱,详细说明了各发光峰对应能级的跃迁及其发光机理,分析了不同掺杂浓度对其相对发光强度的影响.结果表明:当 Eu3+离子掺杂摩尔分数为 10%时,样品的相对发光强度达到最大值.最后介绍了壳聚糖/LaF3∶Eu3+纳米复合粒子与荧光蛋白 FITC偶联的方法,以表明其在生物学中潜在的应用价值.     

壳聚糖/LaF3 ∶ Eu3+纳米复合粒子的简易合成及发光特性

在水溶液中采用化学共沉淀法制备了壳聚糖/LaF₃ ∶ Eu³⁺纳米复合粒子。通过透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),傅立叶变换近红外(FT-IR)光谱对样品进行了表征。结果表明:所得纳米复合粒子大小在 20 nm左右,粒径均匀,表面包覆的壳聚糖使其易溶于水,并具备了与生物蛋白偶联的多个基团。测量了该纳米复合粒子的激发光谱与发射光谱,详细说明了各发光峰对应能级的跃迁及其发光机理,分析了不同掺杂浓度对其相对发光强度的影响。结果表明:当 Eu³⁺离子掺杂摩尔分数为 10%时,样品的相对发光强度达到最大值。最后介绍了壳聚糖/LaF₃ ∶ Eu³⁺纳米复合粒子与荧光蛋白 FITC偶联的方法,以表明其在生物学中潜在的应用价值。     

中波红外光学补偿三视场光学系统

针对320×240元致冷型凝视焦平面阵列探测器,设计了一种中波红外光学补偿三视场光学系统。该系统由变 焦物镜系统和二次成像系统构成,包括8块透镜(引入3个高次非球面,其余均为球面),并采用两个反射镜折叠光路。利用光学补偿变焦 原理和光学设计软件给出了系统的光学外形结构图,并对其像质和工艺性进行了分析。该系统可以通过对一组透镜的轴向定点移动实现 20°×15°、3.5°×2.6°和1.3°×1°三个视场的切换,系统变倍比为 1∶15。各视场在16 lp/mm空间频率处的光学传递函数(MTF)值均大于0.5,弥散斑直径的均方根(RMS) 值均小于20 m。工作波段为3.7 ～ 4.8 m,满足100 %冷光阑效率。该系统结构紧凑,工艺性好,成像质量高。     

大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

针对中波制冷型640512凝视焦平面探测器,设计了一个大变倍比中波红外连续变焦光学系统。该系统采用三次成像技术,其工作波段为3.7~4.8 m,F数为4,变倍比为30:1,可实现23~701 mm连续变焦,变焦轨迹平滑,满足100%冷光阑效率。该系统采用硅、锗和硒化锌三种红外材料,通过引入非球面和衍射面来校正系统的轴外像差和高级像差。系统在30 lp/mm处,全焦距范围内调制传递函数（MTF）均在0.15以上,接近衍射极限。设计结果表明,大变倍比中波红外连续变焦光学系统具有变倍比大、分辨率高、结构紧凑、像质好等优点。     

中波红外宽波段多光谱成像光学系统设计

本文设计了一种基于滤光片的制冷型中波红外宽波段（2.7～5μm）多光谱双视场成像光学系统,可将不同波段的红外场景辐射透过相应的滤光片成像在红外制冷型探测器上。本系统将多个滤光片置于滤光轮上,并放置在探测器前,不仅能减小滤光片的有效口径,同时还兼容图像的非均匀校正功能。通过转动滤光轮,系统能够得到多个所需的图谱信息,通过差分技术可以更好地提取目标信息,提升灵敏度。该系统F数为4,焦距为70 mm/280 mm,MTF接近衍射极限,具有-50℃～80℃的主动消热差功能,满足应用要求。