基于谐衍射的宽波段大口径衍射光学系统设计

为实现大口径衍射光学系统宽波段成像,分析了传统衍射透镜基于Schupmann结构光路模型带宽增加带来的中继镜口径变大的问题,提出采用谐衍射透镜作为主镜构建大口径宽波段衍射光学系统,设计了口径为10 m谱段覆盖400~900 nm的大口径光学系统,中继镜的口径与传统设计相比减小了2.4 m。为验证该设计方法,设计一套口径为80 mm、光谱范围为400~900 nm的成像光学系统,并对该系统进行了成像实验,通过查看鉴别率靶图像无色差,验证了基于谐衍射透镜为主镜的宽波段成像设计方法,为大口径衍射光学系统设计提供了一种思路。

基于RGB三波段的消色差衍射透镜设计与分析

针对传统衍射透镜工作在宽波段时色散严重、像质不佳的问题,提出一种基于RGB三波段的单片式分区消色差衍射透镜的设计方法。采用标量衍射理论对等宽度和等面积两种分区方式进行仿真分析,并在点扩展函数和衍射效率等方面与传统衍射透镜进行对比和分析。分析结果显示,分区消色差衍射透镜在RGB三波段工作时,三个波长衍射效率的标准偏差由传统衍射透镜的0.6607下降到0.1519和0.0592,同时保持良好的成像效果。最后,考虑到实际加工情况,分别仿真了不同分区方式下微结构量化为八台阶所对应的光学性能参数。结果表明,所设计方法可以使得工作在RGB三波段的衍射透镜具备良好的消色差性能,具有一定的实用性和普适性。

基于可见光的多波长衍射透镜的设计与分析

针对传统衍射透镜在可见光波段工作波长单一、色散严重等问题,提出一种能同时在多个波长工作的衍射透镜的设计方法,该设计方法可以让衍射透镜在几个波长处具有相同位置的焦点,解决了传统衍射透镜在成像时焦点偏移的问题,将所设计的透镜命名为多波长衍射透镜。通过最小化一个目标函数来寻找衍射透镜表面每一个位置的最佳微结构高度,该目标函数描述了多波长衍射透镜在工作波长处的复透射函数与传统衍射透镜的复透射函数的偏差。基于该方法设计了适用于三波段的衍射透镜,并采用标量衍射理论进行仿真分析,结果显示其在设计波段内具有良好的消色差效果。