以工作在近红外波段0.848 μm-1.114 μm, 焦距100 mm, 入瞳直径20 mm, 具有负阿贝数的负折射率平凹透镜为例, 介绍了两种对该类负折射率透镜的消色差设计方法, 即利用正折射率材料透镜与负折射率材料透镜组合消色差和负折射率透镜中引入衍射光学元件实现折衍射混合透镜消色差方法.结果表明, 正负折射率材料透镜组合消色差方法中正折射率材料透镜承担几乎全部光焦度, 进而引入大量额外单色像差, 但利用衍射光学元件可以在不引入额外像差的同时实现负折射率透镜的消色差.根据负折射率材料在介质与空气分界面的特殊折射特性, 推导了以负折射率为基底的衍射光学元件的衍射效率公式, 得到衍射微结构高度公式, 求出不同波长处的衍射效率值.负折射率二元衍射光学元件在设计波长0.912 μm处衍射效率为40.53%, 在波长0.848 μm处的衍射效率为35.06%, 在波长1.114 μm处的衍射效率值为39.83%.

采用衍射光学元件除了能减小成像系统的体积和重量外,还具有许多传统光学元件无法比拟的优越性,如消色差和热补偿功能等。本文以实例阐述衍射光学元件在红外成像系统中的应用。