一种基于Buchdahl模型的扩束系统设计

本文基于Buchdahl模型的色散向量分析法设计了一款可用于激光测距的多波长复消色差激光发射镜头,其成本低廉,体积小,光束质量好且能抗高峰值功率激光损伤,设计首先通过Buchdahl色散系数方程计算得到了常用国产高强激光透镜材料的色散向量,然后对光学系统进行光线追迹并计算比例因子,从而进行无焦系统的Buchdahl色散向量计算,最终依据此结果指导优化,优化后的系统在0.707孔径处1064 nm与1572 nm和1550 nm的色差分别仅为2.49×10^(-6) D和4.43×10^(-6) D,1550 nm与1530 nm的色差仅为3.04×10^(-6) D,在波段范围内最大色差仅为4.43×10^(-6) D,最大移焦差仅为0.0005 D,各视场的MTF和点列图完全达到衍射极限,系统的复色差得到有效的矫正,研究结果使Buchdahl模型的色散向量分析法成功应用于工程设计中的无焦光学系统,为无焦光学系统设计提供了一种新思路。

Buchdahl模型的无焦系统消色差方法

基于Buchdahl模型的色散向量分析法可以用于指导光学设计中的材料选择与替换,得到消色差效果良好的材料组合,但是目前该理论由于数学形式的限制,只应用于有焦系统设计中,并没有用于指导无焦系统设计的先例。针对此问题进一步探究该理论在无焦系统下的应用,提出适用于无焦系统的色散向量比例因子的变形表达,以该方法对一个七倍望远无焦系统进行材料的选取,优化后的系统在0.707孔径处最大色差值仅为2.705×10^(-5)D (屈光度),632.8 nm和1 064 nm两波长的焦移差为0.000 21 D,波段范围内最大焦移也仅为0.004 7 D,系统色差得到有效校正,各视场MTF完全达到衍射极限。研究成果使基于Buchdahl模型的色散向量分析法可以同样应用于无焦系统设计中,为无焦系统消色差材料组合的选择提供了一种新思路。