微透镜阵列光学耦合扩束技术研究

论文摘要

随着科技的发展,红外目标模拟器已然成为导弹半实物仿真系统的重要组成部分,该系统由干扰源、复合物镜、扩束元件以及准直物镜四部分组成。微透镜阵列扩束技术可有效地解决点源目标模拟器中多干扰细光束扩束问题。本文完成了微透镜阵列扩束系统的光学设计,分析了微透镜结构参数、位置误差等因素对系统耦合效率的影响,主要内容包括以下三个方面:(1)根据点源目标模拟器装置光学系统组成对现有的扩束元件网纹镜、红外传像光缆、散射元件以及微透镜阵列的扩束原理进行分析并对四种方案的可行性进行研究,最终选取微透镜阵列作为本装置的扩束元件。(2)根据系统指标要求设计微透镜阵列扩束系统,采用光学材料为硅的微透镜确定其单元曲率半径、单元口径及基底厚度等结构参数;分析各参数加工误差、环境温度及位置误差等因素对系统耦合效率的影响。(3)由于现有加工技术的局限性,加工样品存在一定的误差。本文对加工完成的样品进行检测及软件模拟以判断是否满足系统扩束及耦合效率的要求。结果表明,加工误差在一定的范围内时可以满足系统要求。本文研究结果研究表明微透镜阵列作为红外目标/干扰成像模拟器中的光学耦合扩束元件在原理和加工技术都是可行的。所得结果适用于该装置的后续研究工作,可为本装置的加工、装调提供数据支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的背景及研究的目的意义
• 1.2 半实物仿真技术
• 1.2.1 仿真与半实物仿真技术
• 1.2.2 半实物仿真技术国外发展现状
• 1.2.3 半实物仿真技术国内研究现状
• 1.3 点源目标模拟器扩束技术发展现状
• 1.3.1 网纹镜扩束技术
• 1.3.2 红外传像光缆扩束技术
• 1.3.3 光散射元件扩束技术
• 1.3.4 微透镜阵列扩束技术
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 点源目标模拟器扩束技术及其原理分析
• 2.1 点源目标模拟器系统组成
• 2.2 点源目标模拟器光学扩束技术原理分析
• 2.2.1 网纹镜扩束技术原理分析
• 2.2.2 红外传像光缆扩束技术原理分析
• 2.2.3 光散射元件扩束技术原理分析
• 2.2.4 微透镜阵列扩束技术原理
• 2.3 小结
• 第3章 微透镜阵列扩束系统设计
• 3.1 微透镜阵列扩束系统结构及指标要求
• 3.2 微透镜阵列扩束耦合系统光学设计
• 3.2.1 微透镜阵列单元结构参数的确定
• 3.2.2 微透镜阵列扩束系统的ZEMAX 软件设计
• 3.3 微透镜阵列扩束系统耦合效率分析
• 3.3.1 微透镜曲率半径对耦合效率的影响
• 3.3.2 单元微透镜口径对耦合效率的影响
• 3.3.3 阵列基底厚度对耦合效率的影响
• 3.3.4 阵列位置对耦合效率的影响
• 3.3.5 微透镜阵列朝向对耦合效率的影响
• 3.3.6 环境温度变化对耦合效率的影响
• 3.3.7 微透镜阵列加工材料对耦合效率的影响
• 3.4 小结
• 第4章 微透镜阵列加工误差的数据拟合及其对耦合效率的影响
• 4.1 微透镜阵列加工样品面形分析
• 4.2 微透镜阵列加工样品面形拟合
• 4.3 含微透镜阵列加工样品的扩束系统的耦合效率分析
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢