红外3.2～4.5μm波段折射/衍射光学系统的减热差设计

研究了折射 /衍射光学元件的温度效应及红外系统的设计理论及具体实例 ,给出了在红外 3.2～4 .5 μm波段 ,5°视场范围 ,冷光栏效率 10 0 % ,在 - 4 0～ 80℃温度变化范围情况下的红外混合减热差系统的设计结果。结果表明 ,使用折射 /衍射光学系统的减热差设计方案 ,可令相应的传统光学系统减少一片元件 ,并且节省了昂贵的硒化锌红外材料。不仅能在较大视场内得到接近衍射极限的成像质量 ,较宽的温度工作范围 ,而且结构简单 ,体积小 ,重量轻。

含有谐衍射元件的红外双波段减热差系统设计

首次将谐衍射透镜成功地引入红外双波段系统的减热差设计中, 系统只使用硅和锗两种材料, 三片透镜, 此系统不仅能在较大视场内得到接近衍射极限的成像质量, 而且在- 70℃到100℃温度范围内, 使系统在两个波段内同时较好地完成了校正系统的轴向像差, 波前差均小于1/4波长, 光学传递函数接近衍射极限. 设计结果表明, 谐衍射透镜的光谱特性介于折射透镜与衍射透镜之间, 恰当的选择谐衍射透镜的厚度和中心波长, 能够设计出简单实用的双波段减热差系统. 同传统的折射系统相比, 降低了对工艺水平的要求, 成本大大降低, 使设计结构紧凑, 片数少, 透射比高, 具有良好的消像差和减热差特性.为红外光学设计提供了一种全新的器件.

折衍混合光学系统超宽温消热差设计

利用折衍混合结构设计了超宽温范围内的光学被动式消热差Petzval物镜,系统工作波段为3.2～4.5μm,视场角为8.42°,焦距为95 mm,后工作距为60.5 mm。使用锗和硅两种材料,引入了2个非球面和1个衍射面,实现了消热差和结构简单轻量化,该系统在-80～200℃范围内,调制传递函数(MTF)优于0.7,接近衍射极限,成像质量良好,该系统适用于像元尺寸为35μm、像元数320×240的非制冷红外焦平面阵列探测器。

红外折射/衍射超常温光学系统

设计了折射 /衍射混合减热差红外光学系统 ,仅使用硅和锗两种材料 设计结果表明 ,此系统具有良好的减热差和校色差作用 ,在 - 80～ 2 0 0℃温度范围内不仅得到接近衍射极限的成像质量 ,而且结构简单 ,体积小 。

一种实现双光谱宽温探测的红外物镜设计

利用折射/谐衍射结构设计了超宽温范围内的被动式消热差红外物镜系统.该系统由三片镜子组成,使用锗和硒化锌两种材料,引入一个非球面和一个谐衍射面,实现了消热差、消色差和结构简单轻量化.实验结果表明：在焦距为54.68mm,-120-100℃温度范围内,系统可以在3.8-4.2μm和8.8-11.2μm光谱范围同时工作,且光谱范围的调制传递函数分别优于0.42和0.35,成像质量良好,适用于像元尺寸为30μm、像元数320×240的红外双色探测器.

轻小型双光谱红外成像探测系统研究与分析

结合谐衍射光学元件特殊的消热差以及对波面进行任意整形的特点，针对现代最先进的像元尺寸为30μm、像元数320×240的红外双色探测器，提出了一种轻小型双光谱超宽温度红外探测成像系统方案，利用折射/谐衍射结构实现了超宽温范围内的被动式消热差红外成像探测，仅用三片镜子的单结构就可实现系统在3.8～4.2和8.8～11.2μm双光谱处在-120℃～200℃温度范围内同时探测。系统仅使用锗和硒化锌两种材料，引入了一个非球面和一个谐衍射面，实现了消热差、消色差和结构简单轻量化，设计结果表明，该系统在-120～200℃温度范围内，3.8～4.2和8.8～11.2μm光谱处的最大均方根半径值分别为19.07和17.75μm ，小于红外探测器的像元尺寸30μm ，在红外探测器两个像元内，3.8～4.2和8.8～11.2μm光谱处的能量集中度分别优于88.7％和82.4％，成像质量良好，方案工程实现性好，设计方法和设计结果合理可行。

超宽温折衍混合红外搜索跟踪光学系统设计

为满足红外搜索跟踪成像系统的环境适应性的特殊要求，设计了一种用于搜索跟踪的红外超宽温成像系统，其工作波段为3．7-4．8μm，视场角为11．42°。该系统采用三片式结构，使用锗和硅两种红外材料，引入两个非球面和一个衍射面，使系统具有结构简单、体积小、重量轻、成本低等优点。设计结果表明；该系统在-80-160℃温度范围内成像质量接近衍射极限，适用于像元尺寸为30μm、像元数为320x240的焦平面阵列探测器，保证了红外搜索跟踪系统在超宽温度下稳定的工作性能，对该系统的探测距离进行了估算，系统能够探测1．0km处的目标。