1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
本文根据像差理论，开发了一种计算次镜外反射的Offner型自由曲面棱镜光谱仪初始结构的算法。通过光线追迹获得光线在次镜外反射Offner型光谱仪各光学表面传播的公式，该公式可以确定光学元件的结构参数。应用轴外细光束像散理论分析系统产生的像散，并设定合理阈值作为结构算法的判断依据。在Matlab中迭代优化出符合设计要求的初始结构，使用Zemax软件对获得的初始结构进行优化。为验证算法效果，本文设计了光谱范围为380~780 nm，数值孔径为0.15，光谱分辨率为6 nm的自由曲面棱镜光谱仪的初始结构。在Zemax中完成优化后系统可达到设计指标且谱线弯曲和色畸变均优于0.1 pixels。设计结果表明采用本文算法可以快速计算出符合要求的初始结构，大大简化了后续优化的复杂程度。
自由曲面棱镜 光线追迹 消像散 初始结构 光学设计 freeform curved prism ray tracing anastigmatism initial structure optical design
1 中国海洋大学 信息科学与工程学院, 山东 青岛 266100
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033)
3 青岛市产品质量监督检验研究院, 山东 青岛 266100
设计了由超大口径前置望远系统和超大视场光谱仪组成的超大口径高光谱海洋水色仪.前置望远系统采用同轴三反光学系统结构, 口径为4 m, 视场为0.64°, 焦距为21.6 m, 波段范围为 400~1 000 nm.超大视场光谱仪采用改进的Offner结构, 视场为240 mm, 光谱分辨率为10 nm.探测器像元尺寸为15 μm×15 μm, 4片探测器交错拼接实现400 km幅宽.超大视场光谱仪在400~1 000 nm的宽波段内, 点列图半径的均方根值均小于3.9 μm, 静止轨道高光谱海洋水色仪全系统不同波长的MTF在33.3 lp/mm处大于0.52, 各项指标均满足应用要求.
光学设计 海洋水色 望远系统 光谱仪 分辨率 Optical design Ocean color fore-telescope Spectrometer Resolution
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 国家卫星气象中心, 北京 100081
为了提高CO2探测仪的在轨辐射定标精度, 建立了在轨辐射校正原理, 并对关键环节漫反射板的制备、BRDF定标和应用进行了系统的研究。根据CO2探测仪的工作原理与系统组成, 介绍了星上定标设备和在轨辐射定标策略, 确定了漫反射板的制备方法和优化工艺参数, 制定了以标准灯和标准探测器为传递链路的漫反射板BRDF的精确定标方法。对漫反射板基准BRDF、角度修正因子和半球反射率进行了测试, 对其实验室定标精度进行了分析, 并通过在轨初期的应用结果予以验证。发射前的定标结果表明, 漫反射板在760 nm、1 610 nm和2 060 nm 3个波段的定标精度均优于3%。在轨初期的测试结果表明CO2探测仪1 610 nm波段在轨绝对辐射定标精度优于5%。CO2探测仪漫反射板的定标结果满足仪器辐射定标对漫反射板定标的精度要求。
碳卫星 CO2探测仪 漫反射板 双向反射分布函数 在轨定标策略 carbon satellite carbon dioxide spectrometer diffuser Bidirectional Reflection Distribution Function (BR on-orbit calibration strategy
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
设计了一款大线视场离轴三反光学系统, 系统焦距1 200 mm, 相对孔径1:12, 视场角30°×1°。设计中, 第三反射镜应用了x-y多项式光学自由曲面提升系统设计自由度, 为便于装调, 保证关于子午面像质对称, 对x-y多项式自由曲面表达式进行了修正。设计结果得出, 该系统光学传递函数均优于0.45@50 lp/mm, 工作视场内, 系统最大波像差为0.056λ, 平均波像差RMS值为0.036λ, 最大畸变值为0.8%, 像质相对于子午面完全对称。系统进行了合理的公差分配, 蒙特卡罗分析结果显示, 该光学系统最终可实现平均波像差优于λ/14的成像质量。该系统的设计对空间遥感器光学系统的设计具有一定的参考价值, 适合作为大幅宽推扫成像系统。
光学设计 自由曲面 大线视场 离轴系统 optical design freeform surface large linear field of view off-axis system 红外与激光工程
2016, 45(10): 1018002
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
：离轴三反光学系统具有成像质量高、可实现大视场、无遮拦等优点，但其装调难度大，镜面支撑结构质量大。为解决这些问题，基于三级像差理论，研究一种主镜、三镜可集成一体化的大视场离轴三反光学系统，并以焦距为1 200 mm，F数为12，视场为10°×1°的光学系统为例进行了验证设计。结果表明：调制传递函数接近衍射极限，视场内平均波像差RMS值为λ/55，最大波像差RMS值为λ/22。设计结果显示，光学系统装调自由度由12个减少到6个，可使光机系统可得到简化，实现了主三镜一体化设计。
光学设计 离轴三反光学系统 像差理论 一体化设计 optical design off-axis three-mirror system aberration theory integration design
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
基于能量集中度的装调方法采用一套由可调谐激光器、积分球、平行光管和数据采集处理软件等组成的精细定焦系统, 以确定CO2探测仪1 610 nm通道光谱仪的最佳焦面位置并完成探测器的精确安装, 以像元光谱响应曲线(ILS)的全高半宽度(FWHM)作为聚焦评价函数, 通过调整探测器方位遍历搜寻该函数最小值并作为正焦的最终评价依据, 进而完成光谱仪的精细定焦任务。定焦结果显示：探测器获得的光谱响应曲线平均半宽度为0128 1 nm, 与理论值吻合良好。该系统不仅操作简单、结构紧凑且具有较高的定焦精度, 也为光谱仪定标等后续工作提供了实验保障。
CO2探测仪 光谱响应曲线 光谱带宽 精密装调 聚焦评价函数 CO2 spectrometer ILS FWHM precise alignment focus evaluation function
