被動熱補(bǔ)償型折衍混合紅外光學(xué)系統(tǒng)的研制.pdf

1、大多數(shù)軍用和空間光學(xué)儀器的工作環(huán)境溫度變化范圍都較大，溫度變化時光學(xué)元件的曲率、厚度和間隔都將發(fā)生變化，同時元件基體材料的折射率及所在介質(zhì)的折射率也將發(fā)生變化。由于紅外光學(xué)材料的折射率溫度系數(shù)dn/dT較大，環(huán)境溫度對紅外光學(xué)系統(tǒng)的影響顯得尤為嚴(yán)重。因此在紅外成像系統(tǒng)中不得不加入主動或被動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以補(bǔ)償溫度變化造成像面移動所引起的系統(tǒng)性能的降低。補(bǔ)償?shù)姆绞接袡C(jī)械式、機(jī)電式和光學(xué)式三種。其中光學(xué)被動補(bǔ)償方式由于具有結(jié)構(gòu)相對簡單、尺寸小、

2、重量輕和系統(tǒng)可靠性高等特點(diǎn)而受到特別的重視，且已發(fā)展了多種設(shè)計(jì)理論和方法。近年來，由于衍射元件（或二元光學(xué)元件）在理論和加工工藝上取得了進(jìn)展，采用衍射元件的折衍混合光學(xué)系統(tǒng)，憑借衍射元件獨(dú)特的溫度特性，可以用更為簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)像面的自動溫度補(bǔ)償。 本文論述了環(huán)境溫度對光學(xué)系統(tǒng)性能的影響及補(bǔ)償方法，衍射光學(xué)元件的成像理論及像差分析。推導(dǎo)了物面位于有限遠(yuǎn)和無限遠(yuǎn)時，實(shí)現(xiàn)熱補(bǔ)償?shù)耐ㄓ脳l件；并闡述了利用歸化T-C圖設(shè)計(jì)消熱差和消色差

3、的紅外光學(xué)系統(tǒng)的原理和方法。設(shè)計(jì)了波段為8～12 m、視場為2ω＝16°的折衍混合紅外光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用硒化鋅和鍺兩種紅外材料，在20～50℃的溫度范圍內(nèi)的成像質(zhì)量接近衍射極限。 文中還敘述了用英國Taylor Hobson公司的NANOFORM 250型納米級金剛石車床在單晶鍺平面基體上加工衍射面的主要工藝過程，并給出了加工結(jié)果。最后給出了用美國OPTIKOS公司的傳遞函數(shù)儀測出的系統(tǒng)在不同溫度下測試結(jié)果。測試結(jié)果表明系統(tǒng)在