1 中国科学院光电技术研究所薄膜光学相机总体室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
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。
光学设计 宽波段 谐衍射 消色差 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122003
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
聚酰亚胺(PI)薄膜因具有优良的热稳定性、良好的机械强度等性能广泛应用于航空航天、微电子等领域，但应用在光学成像方向的报道极少。要将PI薄膜用于成像，对其本身的光学均匀性要求极为苛刻。本文实现了100 mm口径低热膨胀系数抗拉伸PI薄膜的光学均匀性满足瑞利判据，具有了成像领域应用的潜力。除了光学均匀性之外，该PI的拉伸强度为285 MPa，是PMDA-ODA型PI拉伸强度的~2.6倍；热膨胀系数约为3.2 ppm?K-1，可以与Novastrat?905相媲美，比商品化PI薄膜低一个数量级。这些优良的基础性能为进一步改进PI薄膜的空间适应性预留了更大的空间。PI光学均匀性的解决将为其在薄膜衍射光学元件中的应用奠定基础。
成像 低热膨胀系数 拉伸强度 光学均匀性 imaging low thermal expansion coefficient tensile strength optical homogeneity
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了基于稀疏子孔径正交多项式的拼接算法.该算法采用Mathematica9.0对圆域Zernike多项式进行Gram-Schimdt正交化, 构造出稀疏子孔径区域内的标准正交多项式——Z-sparse多项式, 并采用该正交多项式进行稀疏子孔径区域波前数据的拟合.实验表明：根据算法重构与直接检测的全孔径波前残差PV=0.071 9λ, RMS=0.007 4λ.该算法可对所提取的七个子孔径波前像差数据进行有效的拼接.
稀疏子孔径 正交多项式 Mathematica符号计算 拼接检测 波面重构 Sparse subaperture Orthogonal polynomials Mathematica symbol calculation Stiching wavefront reconstruction
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
The full aperture complex amplitude transmittance function of a multi-level diffraction lens with mask-alignment errors was derived based on scalar diffraction theory. The point spread function (PSF) was calculated by the Kirchhoff diffraction integral. It is found that the radius of the Airy disk increases with the increase of the error in the direction of misalignment, and the image center shifts along the direction of misalignment. A four-level diffractive lens with a diameter of 80 mm was fabricated, and its PSF and diffraction efficiency of +1st order were calculated and measured. The distribution of PSF is consistent with the calculated results, and the tested diffraction efficiency is slightly smaller than the calculated value; the relative error is 5.71%.
050.1380 Binary optics 050.1965 Diffractive lenses 110.3000 Image quality assessment Chinese Optics Letters
2018, 16(9): 090501
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
稀疏子孔径拼接检测是大口径、超大口径光学系统像质检测的主要方法之一，其拼接检测的精度与子孔径排列方式、数目以及大小密切相关。本文通过建立数学模型，推导出子孔径个数k 在1 到无穷区间取值，子孔径个数k 与填充因子M的关系曲线，从而得出在1.5 m 以下系统检测的最优的七个稀疏子孔径排列布局图，并通过Φ200 mm 自准干涉检验，验证了这种排列布局的合理性。
稀疏子孔径 数学建模 拼接检测 波面重构 干涉测量 sparse subaperture mathematical modeling stitching detection wavefront reconstruction interferometry
微结构薄膜望远镜通过表面微纳结构调制光波相位和传播方向，具有轻量化、公差容限大、易于折叠展开的特点，因此成为大口径轻量化空间光学成像技术中的颠覆性技术。本文通过对国内外微纳薄膜望远镜研究进展的调研和分析，概括了薄膜望远镜研制的关键技术和主要技术途径，重点分析了薄膜材料制备、微结构类型研究、系统光学设计理论等内容。微纳薄膜望远镜研制涉及材料、空间环境工程、微纳加工工艺、精密机械和二元光学等众多交叉学科，随着工程化程度要求的提高，会出现新的技术问题，而随着问题的解决很可能获得具有影响力的科技成果。
微结构 光学薄膜材料 高分辨成像 薄膜望远镜 microstructure polyimide film material high resolution imaging membrane telescope
1 中国科学院光电技术研究所，成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
为研究位相型菲涅尔透镜台阶近似引起的衍射杂散光对衍射成像系统调制传递函数(MTF)的影响，本文运用波动光学仿真分析方法模拟光波的传播。通过有限个级次的衍射波面在系统像面上相干叠加，得到系统的点扩散函数(PSF)；对其进行傅里叶变换，得到系统的MTF。以菲涅尔主镜口径为80 mm的衍射成像系统为样机，分析了衍射主镜台阶数目为二、四、八时，系统MTF与理论设计值的差异。结果表明，随着衍射主镜台阶数目的增加，衍射杂散光对系统MTF的影响减小；并且四台阶时，与设计值的偏差已经小于0.5%。最后结合几何光线追迹仿真分析，提出将衍射主镜加工成中心区域多台阶、边缘部分为二台阶的思路，降低了衍射杂散光的影响。
衍射成像系统 二元位相型菲涅尔透镜 衍射杂散光 调制传递函数 diffractive imaging system binary phase-type Fresnel lenses diffractive stray light MTF
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对空间应用的柔性光学聚酰亚胺薄膜折射率均匀性检测要求, 本文提出以干涉测量法为基础, 采用光学聚酰亚胺薄膜制备所用基板的反射波前数据、薄膜未剥离成膜基板时上表面反射波前数据以及薄膜剥离基板后的透射波前数据有效测量此类柔性薄膜折射率均匀性。将棱镜耦合仪逐点测量数据作为对比项, 实验结果表明, 所提出的方法能高效可靠地对柔性薄膜全口径进行折射率均匀性检测。
柔性光学聚酰亚胺薄膜 折射率均匀性 波面 flexible optical polyimide film refractive index homogeneity wavefront
中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
大口径菲涅耳透镜由多个子镜拼接而成，子镜失调误差会影响拼接菲涅耳透镜的成像质量，以瑞利判据作为评价标准，根据菲涅耳透镜波前像差理论，分析了拼接菲涅耳透镜子镜各个自由度失调误差公差允限，给出了理论计算公式。分析表明：拼接菲涅耳透镜F数越大，各自由度失调误差公差允限越宽松。采用Zemax软件进行理论仿真，利用干涉仪对拼接波前进行实验检测，检测结果显示，拼接波前与理论计算最大误差为0.006λ，验证了理论的正确性。分析结果为拼接菲涅耳透镜光机设计、检测与装调提供了理论依据与指导。
测量 误差分析 拼接衍射透镜 菲涅耳透镜 光学波前
