折衍射混合中波红外连续变焦光学系统设计

设计了一种基于机械补偿式大变倍比折衍射混合中波红外连续变焦光学系统。光学系统的焦距为50mm到600mm,变倍比为12:1。系统的变焦曲线平滑,图像可一直保持清晰,系统的MTF达到了衍射极限。这种折衍射混合连续变焦光学系统具有好的成像质量、灵巧的变倍机构,因此在高性能红外热像仪中得到广泛应用。

轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计

由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统。而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化。依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、结构紧凑、体积小的红外中波摄远物镜，其摄远比可达到0．6。系统参数如下：工作波段为3～51μm，焦距150mm，F数为3，工作温度为-40℃～60℃。设计结果显示，该系统仅采用3片透镜并利用衍射元件消热差完成了无热化的要求，减少了系统的成本及重量，传递函数在171p／mm处均在0．8以上，与衍射极限十分接近，满足在宽温度范围内工作成像质量高及系统小型化的要求。

折衍混合长波红外摄远物镜设计

红外光学系统具有可全天候工作、远距离观察等优势,在军事及民用领域均得到广泛应用。但由于温度对红外系统影响较大,所以需要对其进行消热差设计。依据消热差及色差原理选择适合的透镜材料,利用衍射元件的消热差和色差的特性,设计了波段为8~12μm,全视场为2ω=6°,焦距为f=100mm,F数为2,温度补偿范围-40℃~60℃的长波红外折衍混合摄远物镜。使用保罗I棱镜来折叠光路,使系统结构紧凑,摄远比达到了0.8。该系统在-40℃~60℃范围内,调制传递函数（MTF）优于0.5,接近衍射极限,成像质量良好。

应用折-衍射元件校正人眼色差

提出了采用两个折射-衍射元件对人眼系统在14°范围内进行色差校正的光学系统设计方法。基于系统光学性能的评价与单片折射-衍射元件色差校正系统的对比验证了本文提出的色差校正系统的性能。结果表明:两种色差校正系统都可以很好地校正人眼的轴向色差。但是,单片折射-衍射色差校正系统引入了横向色差,其由校正前的14.51μm增加到81.4μm,严重影响了边缘视场处的成像质量。而采用双片折射-衍射元件的色差校正系统可同时对轴向色差和横向色差进行校正,使横向色差降为1.64μm。设计的色差校正系统可有效提高视网膜的成像质量,并可用于视觉仪器。

多层衍射光学元件设计原理与衍射效率的研究

叙述了多层衍射光学元件的设计原理.通过对多层衍射光学元件结构、位相延迟表达式、材料选择匹配的研究,使得优化最大光栅高度后的多层衍射光学元件能够实现大幅度提高宽光谱范围内衍射效率的作用.其衍射效率在从g谱线(435.8343nm)到C谱线(656.2725nm)的可见光范围内的任何波长上的理论衍射效率均在99%以上,带宽积分平均衍射效率为99.7%,能够满足高质量成像光学系统应用的需要,并利用该元件设计了长焦距复消色差物镜.

金刚石车削在红外衍射光学元件加工中的应用

衍射光学元件 (DOE)技术的发展和应用极大地改变了传统光学设计和制造方法。尤其在红外光学系统中 ,由于谱段的优势 ,折衍射混合式光学元件的应用得以快速推广。

折/衍射混合红外目标搜索/跟踪光学系统设计

根据坦克目标搜索/跟踪系统的要求,设计了工作于8~12μm波段折/衍射混合红外连续变焦距光学系统。该系统解决了传统系统不能同时满足长焦距、大相对孔径、高变倍比、高成像质量和系统结构简单的缺陷,使设计的系统相对孔径大,F数为0.9,变焦倍率为11×,系统在长焦距时,可识别1500 m远的坦克目标。变焦系统仅用7片锗透镜,通过引入二元面和非球面校正系统色差和轴外像差,在空间频率为17 lp/mm处,全焦距范围内调制传递函数（MTF）值均在0.64以上,接近衍射极限;系统在接收半径为17.5μm的探测器敏感元内,能量集中度大于82%,表明系统具有良好的成像质量,满足坦克目标搜索识别系统的总体要求。

极坐标激光直接写入系统研究

本文对极坐标激光直接写入系统进行了初步的研究，介绍了它的原理及结构，该系统可用于二元光学掩模的制作，具有加工孔径大、线宽小的特点，特别适用于圆对称的图形。加工此类图形在制作时间、成本、元件质量等方面都优于电子束曝光机。

8倍非制冷型红外折/衍射连续变焦系统设计

针对长波用320×240元非制冷焦平面阵列探测器,设计了8～12μm波段折射/衍射混合红外连续变焦光学系统,其相对孔径大,F数为1.3,系统变焦倍率为8。变焦系统采用锗和硫化锌两种材料,通过引入二元面和非球面校正系统色差和轴外像差,在空间频率18 lp/mm处,全焦距范围内调制传递函数(MTF)均在0.5以上,接近衍射极限;系统在接收半径为17.5 μm的探测器敏感元内,能量透过率大于78%,表明该变焦系统具有良好的成像质量。

多级衍射元件消色差系统的面型分析

多级衍射元件在衍射望远系统消色差领域的应用逐渐成为热点。基于赛德尔三级像差理论,对由多级衍射光学元件、折射光学元件和菲涅耳衍射元件三元件组合的光学系统展开分析。在400~700 nm工作波段,通过数学推导校正表面系统的球差,同时实现消色差及复消色差。对系统在平面、球面和非球面不同面型下的成像质量进行比对。当系统为非球面设计时,调制传递函数在截止频率50 lp/mm处高于0.6683,优于平面和球面设计,衍射圈入能量更高,成像质量更好。该研究为将多级衍射元件组合系统运用到消色差领域提供了参考。

基于旋转衍射机理的快照式高光谱成像系统优化方法

光谱成像技术能够同时获取被测物体的二维空间及一维光谱信息,在科学检测与研究中发挥着重要作用。传统的高光谱成像系统存在着光学系统复杂、含有精密运动器件、曝光时间长等问题,这些问题极大地限制了其在许多场景的应用。介绍了一种基于旋转衍射机理的快照式高光谱成像系统,通过单次曝光成像和图像重建即可得到待测目标的高光谱信息。提出了一系列的系统设计优化方法以提升系统的成像性能和实用性,通过折衍射混合系统缩短光学系统后截距,通过引入前置光学系统探测远距离目标。实验结果表明,所提出的优化设计方法能够有效提高系统感光能力,提升重建图像的质量。

对光声成像系统中声透镜的二元声学研究

基于二元声学的方法提出了一种折射/衍射混合声透镜设计方案,该声透镜在对光声信号进行二维成像时体现出了极大的优越性,与单声透镜相比,除了有实时成像、成像焦深较大且可以利用时间分辨技术实现层析成像的优点外,还可以利用二元声学透镜独特的色散特性校正单声透镜的轴向色差,可以极大提高成像的分辨力。通过计算机模拟了有一定带宽的点声源通过该声透镜像面上的点扩展函数,与经单声透镜的结果比较,可以看出点扩展函数弥散斑得到明显改善,极大地消除色差对成像质量的影响。