根据连续变焦理论模型, 编制连续变焦计算程序, 求得变焦系统初始解, 建立理想光学模型, 通过选材选型及迭代优化, 实现仅由 4片红外透镜及两片平面反射镜组成的中波红外连续变焦光学系统。该系统 F#为 4、工作波段为 3.7～4.8 .m、视场变化范围为 20°×16°～2.0°×1.6°、光学零件最大口径为 71 mm、零件总重 64 g, 系统包络为 172 mm×108 mm, 系统采用两个二元衍射面用于消色差, 通过材料合理配置及主动补偿实现系统消热差设计。该中波红外连续变焦光学系统重量轻、总长短、包络小, 在－40℃～＋60℃温度范围全视场成像质量良好。
光学设计 中波红外 连续变焦 消热差 optical design, MWIR, continuous zoom, athermaliza
1 哈尔滨新光光电科技股份有限公司，黑龙江哈尔滨 150080
2 火箭军装备部驻哈尔滨地区军事代表室，黑龙江哈尔滨 150080
在制冷红外光学系统中，制冷探测器通过前面的光学表面反射，使得探测器探测到自身的像，形成边缘亮而中心暗的黑斑现象被称为“冷反射 ”现象。冷反射严重影响制冷红外光学系统的像面非均匀性，在进行光学设计时需对其严格控制。本文以某中波制冷红外光学系统为例，提出了能有效解决或降低冷反射效应的技术途径，对原设计改进优化，利用 ZEMAX光学设计软件建立非序列数学模型，进行仿真分析，经分析改进后光学系统冷反射由 40%下降到 13%，并开展了工程样机成像实验，实验现象与仿真结果基本一致，表明该分析方法能准确地反映红外光学系统中的冷反射实际情况，可作为制冷红外光学系统研制生产前的判定依据。
红外光学系统 冷反射 中波红外 非序列 infrared optical system, narcissus, MWIR, non-sequ
提高红外探测器的工作温度对于减小红外系统的尺寸、重量和功耗至关重要，进而实现结构紧凑和成本低廉的红外系统。昆明物理研究所多年来对掺铟和砷离子注入技术的HgCdTe p-on-n技术进行了优化，实现了性能优异的中波红外探测器的研制。本文报道了高工作温度中波1024×768@10 μm红外焦平面阵列探测器的最新结果，并介绍了在150 K工作温度下的器件性能。结果标明，器件在150 K下截止波长为4.97 μm，并测得了不同工作温度下的NETD、暗电流和有效像元率。此外，还展示了在150 K的工作温度下焦平面器件的红外图像，并呈现了99.4%的有效像元率。
碲镉汞 高工作温度 中波红外 噪声等效温差 暗电流 HgCdTe HOT MWIR NETD dark current
森林防火的关键是通过火灾实时监测系统有效预测森林各区域的火灾风险。通过分析无人机在森林防火中的应用，提出了一种基于无人机的森林火灾实时监测中波红外相机系统。该系统的焦距为75 mm，工作波段为37~48 m，F数为20，可匹配像元尺寸为12 m×12 m的1280×1024元制冷型中波红外焦平面阵列探测器。在光学设计中采用3种红外光学材料（硅、硒化锌和锗）的组合，并引入3个偶次非球面。通过优化设计实现了光学被动无热化功能。设计结果表明，在-60~100℃温度范围内，空间频率417 lp/mm处各视场的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)均大于或接近04，成像质量良好。这种中波红外系统的成像质量与分辨率高，视场范围大，具有宽温度范围的自适应性，结构紧凑且易装调，在森林防火领域有着广泛的应用前景。
大面阵 光学被动无热化 中波红外 森林防火 large-format passive optical athermalization MWIR forest fire prevention
中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室，陕西西安710119
在空间调制型哈达玛变换光谱成像仪（Space Hadamard Transforms Spectral Imager， SHTSI）中采用数字微镜阵列（Digital Mirror Devices， DMD）作为编码器件，能够使系统实现小型化、轻量化、高分辨率、高帧频成像。但由于DMD的翻转特性，经过DMD编码后的光学成像面发生12°倾斜，导致SHTSI成像光路和制冷型探测器冷光阑不匹配，造成视场缺失和图像降质。针对这一问题，本文提出一种像面预补偿的新型哈达玛编码光谱成像系统设计方法，在前置成像镜组中采用倾斜和偏心的设计，使得一次像面实现24°倾斜，对DMD在调制过程中产生的像面倾斜进行预补偿，从而消除倾斜成像面造成的图像降质问题。基于该方法设计了SHTSI光学系统，系统全视场点列图RMS小于5 μm，保证系统在全视场范围内能够均匀成像。根据该设计方案研制SHTSI原理样机，试验结果表明，SHTSI系统满足设计指标，对成像数据进行复原，得到复原光谱角距离评价因子优于0.052。
光学系统设计 哈达玛变换成像光谱仪 中波光谱成像 数字微镜阵列 optical designing Hadamard transform spectral imager MWIR spectral imaging digital mirror devices
中国人民解放军 91404部队, 河北 秦皇岛 066000
为满足小、远目标和空间目标的光学特性测量需求, 提出以 RC结构为设计基础, 通过曲线方程和高斯公式确立反射式光学系统初始结构参数。为达到优化设计目的, 结构中引入了二次成像中继镜组, 解决了 100%冷光阑效率问题。通过 ZEMAX建立评价函数, 仿真测试表明: 设计完成的红外二次成像折反射式光学系统口径 200 mm, 焦距 380 mm, 结构紧凑简单, 成像质量满足实际测量需求。
中波红外 光学系统设计 折反射式光学系统 二次成像 MWIR, optical system design, reflective optical sy
长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
基于双DMD提出了一种光谱维编码的中波红外光谱成像系统，利用空间维DMD完全补偿了光谱维编码DMD引起的像面倾斜。介绍了系统的组成和工作原理，设计了焦距为240 mm、F数为3的望远系统作为前置成像单元，采用双光路Offner光栅成像系统配合光谱维编码DMD同时实现了光线的色散、编码和合光等多个功能，设计了放大倍率为1的中继成像系统实现冷光阑匹配。通过整体优化设计实现了对双光路Offner光栅成像系统残余像差的补偿，设计结果表明，系统具有良好的空间成像和光谱性能，作用距离满足设计要求。
光学设计 光谱成像 编码孔径 中波红外 optical design spectral imaging coded aperture MWIR 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210700
1 潍坊学院，山东 潍坊 261061
2 海信智能商用研发中心，山东 青岛 266000
利用红外偏振信息(偏振度、偏振角)对目标进行成像，可以更好地抑制图像的背景噪声，提高信噪比。而且偏振信息相对于光强信息一般会蕴含更丰富的目标边缘轮廓信息。因此，提出一种将红外辐射光强图像和偏振度图像进行融合的算法。此方法首先对参与融合的每幅图像分别进行拉普拉斯金字塔分解，获得每层的分解图像；然后对分解后的每层图像采用不同的融合方法进行图像融合，获得每层融合图像，并对每层融合后的图像进行图像重构，得到最后的融合结果。多幅图像融合后的效果表明该方法能够增加图像的信息量，有利于场景感知和目标识别。
中波红外 偏振成像 拉普拉斯金字塔 图像融合 mid-wave infrared(MWIR) polarization imaging Laplace pyramid image fusion
1 云南大学物理与天文学院，云南昆明 650091
2 云南大学量子信息重点实验室，云南昆明 650091
对 nBn势垒型 InAsSb/AlAsSb中波红外探测器材料进行了系统深入的理论研究。通过理论计算势垒层的厚度、组分和掺杂等结构参数对器件能带结构、暗电流和光电流的影响，分析了势垒性的温度特性、器件输运特性，揭示了 nBn势垒型中波红外探测器高温工作的机制，探索降低器件暗电流的方法。完成 nBn势垒型锑化物材料系统的优化设计，为高温工作的锑化物中波红外探测器研制提供理论基础和支持。
锑化物 中波红外探测器 输运特性 InAsSb bariodes nBn nBn MWIR carrier transportation
