折-衍混合紅外物鏡的超寬溫消熱差研究.pdf

1、大多數(shù)軍用和空間光學(xué)儀器的工作環(huán)境溫度變化范圍都較大，溫度變化時光學(xué)元件的曲率、厚度和間隔都將發(fā)生變化，同時元件基體材料的折射率和所在介質(zhì)的折射率也將發(fā)生變化。由于紅外光學(xué)材料的折射率溫度系數(shù)dn/dT較大，環(huán)境溫度對紅外光學(xué)系統(tǒng)的影響顯得尤為嚴(yán)重。因此在紅外成像系統(tǒng)中不得不加入主動或被動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以補(bǔ)償溫度變化造成像面移動所引起的系統(tǒng)性能的降低。補(bǔ)償?shù)姆绞接袡C(jī)械式、機(jī)電式和光學(xué)式三種。其中光學(xué)被動補(bǔ)償方式由于具有結(jié)構(gòu)相對簡單、尺寸小、

2、重量輕和系統(tǒng)可靠性高等特點(diǎn)而受到特別的重視。
　　近年來，由于二元光學(xué)元件（BOE）在理論和加工工藝上取得了進(jìn)展，采用二元光學(xué)元件的折/衍混合光學(xué)系統(tǒng)，憑借其具有更多的設(shè)計自由度和獨(dú)特的溫度特性，可以用更為簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)系統(tǒng)像面的自動溫度補(bǔ)償。
　　本文首先介紹了環(huán)境溫度對光學(xué)系統(tǒng)性能的影響及各種補(bǔ)償方法，論述了二元光學(xué)元件的成像理論，分析了溫度變化對二元光學(xué)元件衍射效率的影響，同時介紹了二元光學(xué)元件的加工方法。根據(jù)物面位于

3、無限遠(yuǎn)時實現(xiàn)消熱差的通用條件，設(shè)計了波段3.7～4.8μm，焦距140mm，F(xiàn)/＃2，全視場角±2.5°，工作溫度范圍-40～60℃，空間頻率17lp/mm的折/衍混合紅外消熱差系統(tǒng)和傳統(tǒng)折射式系統(tǒng)。對二者進(jìn)行比較，分析了二元面在校正系統(tǒng)像差、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的作用，驗證了二元光學(xué)元件在消熱差和提高像質(zhì)方面的特性。在-40～60℃的溫度范圍內(nèi)系統(tǒng)成像質(zhì)量接近衍射極限，得出了采用二元光學(xué)元件的折/衍混合紅外系統(tǒng)具有良好的消熱差能力的結(jié)論。