衍/折射光学系统消二级光谱的研究

论文题目: 衍/折射光学系统消二级光谱的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 洪新华

导师: 赵葆常,杨建峰

关键词: 高光谱成像仪,衍射光学,二级光谱

文献来源: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 研究了成像光谱仪光学系统在宽光谱(光谱波段420.0～900.0nm)、长焦距(450mm)、大口径(D=100mm,F/4.5)、大视场(2ω=3.0°)条件下,采用衍/折光学系统取得高质量图像的可能性。研究了衍/折射物镜消二级光谱方法、步骤,推导了三片型衍/折射光学系统消二级光谱的焦距分配公式。设计了复消色差系统,其中2种为采用含有二元光学元件的衍/折射系统,一种全部采用玻璃设计,并进行了对比。首次采用P-W-C法求解衍/折射薄透镜系统的初级像差方程。采用3个镜片组合,设计了衍/折混合光学系统,第1片和第3片为普通玻璃制成的透镜,第2片为二元光学透镜(BOL)。二元光学透镜结构参数为:台阶数为8,环带数为60,最小线宽52.1μm。设计的物镜在0.6孔径处三条色球差曲线都定于一点,在0.8～0.9孔径处的效果也很好;各波长的轴上(0孔径)近轴焦点最大内距为0.25mm;频率为301p/mm时系统的光学传递函数在0.5°视场角以下接近衍射极限,边视场角的传递函数系数接近0.7。两种设计对比表明:采用衍/折混合光学方法设计的透镜的各项参数成像质量大大优于普通玻璃设计的系统,重量比普通玻璃设计的系统轻30%,满足了高光谱成像仪的光学设计要求。首次研究了空间真空环境对衍/折射混合复消色差光学系统的影响,推导了压力变化对衍/折混合光学系统像面漂移的公式。温度变化时,衍射元件的热膨胀系数只是基体线性材料膨胀系数和像空间介质折射率及其对温度的导数的函数,与基体材料的折射率及其对温度的导数无关。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章研究现状及背景

1-1 二级光谱的研究历史

1-2 校正二级光谱的常规方法

1-3 二元光学的概念及研究背景

1-3-1 二元光学的概念

1-3-2 二元光学产生的背景

1-4 课题的目的及意义

1-5 本文的主要研究内容

参考文献

第二章折/衍光学光学系统的像差

2-1 光学设计理论与方法

2-1-1 薄透镜的初级像差理论

2-1-2 薄透镜初级像差的一般性质

2-2 系统的色差

2-2-1 系统的色差

2-2-2 二级光谱的产生

2-3 高级像差

2-4 系统像差小结

2-5 折射光学系统消色差与复消色差

2-5-1 双胶合薄透镜的消色差特性

2-5-2 三片式消二级光谱

2-6 二元光学的标量衍射理论基础

2-7 二元光学元件的色散特性

2-7-1 二元光学透镜的初级像差特性

2-7-2 二元光学透镜的色散分析

2-7-3 二元光学器件的消色差原理

2-8 BOL透镜衍射公式的推导

2-9 本章小结

参考文献

第三章衍/折混合光学系统的设计

3-1 成像光谱仪光学系统指标的确定

3-2 根据像差特性参数P-W-C求解系统结构参数

3-2-1 像差特性规化法

3-2-2 采用像差特性规化法确定系统参数

3-3 二元光学元件的像差特性参数及其确定

3-4 系统的设计

3-4-1 三分离复消色差透镜

3-4-2 采用P-W-C方法设计物镜

3-4-3 等效玻璃法及P-W-C法设计衍/折光学系统

3-5 本章小结

参考文献

第四章环境气压及温度对衍/折射混合光学系统的影响

4-1 环境气压对衍/折系统的影响

4-2 压力对像面移动的影响

4-3 环境温度对设计的影响

4-3-1 温度对衍/折光学系统的影响

4-3-2 衍射光学元件的消热差特性

4-4 本章小结

参考文献

第五章二元光学器件的加工与检测

5-1 二元光学器件的加工技术

5-1-1 多台阶位相器件

5-1-2 连续位相器件及其衍射效率

5-2 二元光学器件的检测

5-3 本章小结

参考文献

第六章结论与展望

致谢

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发布时间: 2006-03-06

衍/折射光学系统消二级光谱的研究

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