摘要：中波紅外（3～5 μm）在航天遙感中有著重要的應用。由于背景輻射的影響，中波紅外光學系統(tǒng)一般要求達到 100%冷光闌效率。在航天應用中由于系統(tǒng)輕量化的要求，同時要求光學系統(tǒng)的設計盡可能簡化。光學技術的發(fā)展，使得光學設計可以利用非球面，二元光學衍射面等，獲得更多的自由度，對成像光學系統(tǒng)的像差進行有效的校正。利用三個光學元件，設計出波段范圍 3～5 μm，口徑 200 mm，F(xiàn)/2.5 的二次成像光學系統(tǒng)。系統(tǒng)由主光學卡塞格林系統(tǒng)加中繼系統(tǒng)組成。中繼系統(tǒng)由一片硫化鋅透鏡組成，成像質量達到衍射極限。

引言 

在中長波紅外遙感光學系統(tǒng)中，由于對背景輻射雜光抑制的要求，需要設計成 100%冷光闌和二次成像光學系統(tǒng)。在主光學采用兩鏡反射光學系統(tǒng)時，中繼系統(tǒng)則需要獨立校正色差。利用傳統(tǒng)的折射球面來設計中繼系統(tǒng)時，往往結構過于復雜[2-4]

。 

1988 年，斯沃森（Swanson）和維爾得卡姆（Ve ldkamp）等人利用衍射光學器件的色散特性校正單透鏡的軸上色差和球差，研制了新型的二元光學透鏡——多階相位透鏡，展示了二元光學透鏡用于成像光學系統(tǒng)的巨大潛力和優(yōu)勢。折衍混合成像系統(tǒng)利用了光在二元光學透鏡中傳播過程中所具有的折射和衍射兩種性質。它增加了光學設計的自由度，能夠改善系統(tǒng)像質、減小體積。二元光學透鏡做成多階相位時，衍射效率極高，其色散特性與材料無關，在紅外系統(tǒng)中，尤為有利。本文在中繼光學系統(tǒng)中利用衍射光學元件，對中繼系統(tǒng)的色差進行了有效的消除，大大簡化了系統(tǒng)的復雜度。設計出了3～5 μm，口徑200 mm，F(xiàn)/#＝2.5 的二次成像光學系統(tǒng)。系統(tǒng)由主光學Cassegrain 系統(tǒng)加中繼系統(tǒng)組成。中繼系統(tǒng)由一片硫化鋅透鏡組成，成像質量接近衍射極限。

1.二元光學透鏡性質 

在成像光學系統(tǒng)中，二元光學衍射透鏡同普通透鏡一樣會聚入射光線，但它不是根據(jù)折射，而是衍射原理。由于衍射作用透鏡產(chǎn)生色差的有效焦距同波長成反比[6]

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