红外宽波段双层谐衍射光学系统的设计

相比传统的折反射元件，衍射光学元件和谐衍射光学元件因其独特的色散性能和温度效应在消色差和补偿热差方面有得天独厚的优势，将其应用于混合光学系统，可以简化结构，提高像质。但是二者衍射效率均依赖于波长，降低了宽波段成像的对比度。而双层谐衍射元件可以减弱衍射效率对波长的依赖性。因此，该红外宽波段系统采用双层谐衍射元件，第一层材料为Ge，第二层材料为．ZnSe，微结构厚度分别为73．3μm和149．3μm，整个工作波段的衍射效率达到97．5％以上。在CodeV中仿真优化得出：混合系统的各种像差性能都比较理想，特别是宽波段8～14Ixm的色差得到了很好的校正，二级光谱得到较好的控制，系统的调制光学传递函数接近衍射限。最终的性能测试结果显示：各项性能均可满足使用要求。

15-50μm宽波段远红外窗口材料的研制

采用塑料作为 15 - 5 0 μm波段的高温超导红外探测器窗口材料。SEM分析结果表明材料的断裂属于韧性断裂 ,即其耐机械冲击能力强 ,适合于作窗口材料。研究过程中还发现 ,成型压力对材料的透过率没有影响 ,我们选定厚度为 2mm的样品做窗口材料 ,其 15 - 5 0 μm波段透过率大于 5 0 %。断裂强度测试分析表明样品在 115℃下可安全使用。

基于PWC法的宽波段三胶合转像镜设计

提出了应用普通光学玻璃,通过折射方式,完成0.4到2.5μm宽波段转像镜设计的方法。推导了基于PWC法的三胶合透镜初始解求取公式,并以此为基础合理选择材料,完成了F数等于10,放大倍率-1.5的转像系统设计,系统传递函数在各自要求的空间频率处接近衍射极限。

基于PWC法的宽波段复消色光学系统设计

提出了应用普通光学玻璃和折射方式,实现0.4～2.5μm宽波段范围内中小相对孔径较小视场光学系统复消色的设计方法。推导了基于PWC法的三胶合透镜初始解求取公式,加入位置色差、色球差等限制因素,提出了一种新的材料选择方法,由玻璃库中选择消色差效果最佳的材料组合,其色离焦量为应用最初算法求出结果的1/3。给出了工作F/10的转像系统和F/4.5的望远系统两个光学设计结果,0.4μm、1.0μm和2.5μm三波长实现了复消色,传递函数接近衍射极限。证明了普通光学玻璃实现0.4～2.5μm宽波段范围内的中小相对孔径光学系统复消色设计的可行性。

智能交通监控系统的光学成像镜头设计

本文通过Zemax软件设计一款用于智能交通监控系统车牌识别的宽波段、大孔径、大靶面光学成像镜头。利用红外技术,保证在昏暗或夜间环境中仍然能够清晰成像。近红外中心波长为850 nm,采用Zemax多重组态设计,使可见光和近红外光共焦。根据消色差理论,选择合适材料组合消色差,最大焦面漂移量为44μm。通过镜头应用参数分析,镜头F数设定为1.2,半视场角为13°,使用索尼ICX814一英寸CCD图像传感器,像元尺寸为3.7μm×3.7μm,全视场MTF值在空间频率135 lp/mm大于0.3。

双层衍射光学元件在0.4～0.9 μm宽波段光学系统中的应用

双层衍射光学元件能够在宽波段光谱范围内工作并具有较高的衍射效率。提出了工作在一定入射角范围内的双层衍射光学元件的复合带宽积分平均衍射效率的数学分析模型。设计了一种工作波段为0.4~0.9 μm的含有双层衍射光学元件的宽波段光学系统。其焦距为28mm,F/#为2,视场达到18°。该系统采用Petzval物镜结构,由四片透镜组成。在60lp/mm处,其调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)大于0.67。所用双层衍射光学元件在0.4~0.9 μm波段内的带宽积分平均衍射效率高于91%。系统中入射到衍射面上的角度为0°~8.62°。该双层衍射光学元件的复合带宽积分平均衍射效率为97.36%。与传统的折射式宽波段光学系统相比,含有双层衍射光学元件的宽波段光学系统的结构更简单,分辨率更高。