1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 空间光学系统在轨制造与集成重点实验室，吉林长春100
4 北京胜泰东方科技有限公司，北京10002
为实现真空100 K低温环境中的红外设备测试，设计了一种离轴三反式的准直系统。该系统采用无热化设计，整机结构选用SiC材料，在镜体与支撑结构连接处采用C形开口胀销作为柔性结构，补偿连接结构的低温变形。系统整体除反射镜外，其余部分全部包裹在低温辐射冷板内。低热导绝热支撑结构在热传导链中起热屏蔽作用，实现系统的绝热支撑和快速制冷。在100 K低温环境下对单镜进行仿真分析，主、次、三镜的面形误差均小于λ/50；整机分析得到主、次、三镜的面形误差均不大于λ/30。常温下系统各个视场波前差在λ/14~λ/8内，低温下系统视场波前差在λ/8~λ/7内，根据瑞利判据可认为波面无缺陷。当λ=632.8 nm时，常温下系统在50 lp/mm频率的调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）大于0.7；低温下的MTF大于0.6，满足系统在50 lp/mm MTF大于0.6的使用要求。仿真结果表明，准直系统可以在100 K真空环境中稳定输出平行光，满足低温红外设备的测试需求。在快速辐射制冷材料级实验中，历经18 h，温度稳定在130 K；历经30 h，SiC镜坯温度稳定在110 K。该实验验证了SiC反射镜快速辐射制冷的可行性。
光学系统设计 准直系统 离轴三反系统 红外 光机热分析 低温 optical system design collimation system off-axis three-mirror system infrared optical mechanical thermal analysis low temperature
1 哈尔滨工业大学 能源学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
通过求解电磁波束包络方程和能量方程的耦合方程组, 考虑温度对材料介电系数的影响及传输损耗产热的耦合作用, 求解了复合热边界条件下光纤的基模态传输和损耗问题。研究表明: 随着纤芯半径的增大, 电场强度、能量耗散密度减小, 传播常数增大; 环境温度降低、对流换热系数增大和表面发射率升高都会使得传播常数减小, 电场强度、能量耗散密度增大; 能量耗散密度和电场强度随截面曲率的变化并不是线性的, 还受到其他因素的共同作用。
光纤基模态 传播常数 能量耗散密度 热光耦合 base-mode transmission propagation constant power dissipation density coupled thermal-optical effects
