针对目前地基空间探测红外成像系统对高灵敏度、高探测能力及信噪比的要求, 对地基冷光学红外成像技术进行了研究, 包括红外杜瓦冷却系统内部辐射抑制、系统终端快速制冷、低温红外探测器的研制、低温冷光学系统设计装调等关键技术。在各项系统技术突破的基础上, 研制出一套相对孔径1:10、分辨率320×256、兼容中波3~5 μm和长波8~10 μm波段的冷光学红外成像终端。系统终端实现制冷温度最低至42 K, 真空度10-5 Pa量级。将终端与1.23 m口径地基望远镜对接, 对月亮和红外标准星观测具有良好的成像效果。该系统的研究为地基大口径冷光学红外探测技术提供参考。

对于采用冷光学技术的短波红外透射式成像系统, 由于光学元件及支撑结构的加工、装调温度与实际工作温度差异较大, 几何形状的变化差异将导致光学元件出现位置误差, 甚至受到破坏。本文根据低温红外系统对光机结构的设计要求, 遵循均一性和不调整两个原则设计和加工一套短波红外成像系统的光机结构。在透镜和支撑结构件的配合面上分别加工45°的斜面, 以充分适应光学元件与其支撑结构在温度变化过程的热胀冷缩, 避免了光学元件和支撑结构由于受热变形差异过大而产生的不可恢复性破坏, 最后通过实验验证了该光学支撑方案在80 K的低温下具有良好的成像效果, 本文的研究为今后大温差下的红外光机系统设计提供了较高的参考价值。

高灵敏度、低噪声是红外探测技术的必然要求, 实现这一目标的有效手段之一就是冷光学技术。冷光学技术的成熟又进一步促进了红外探测的快速发展。通过查阅相关文献资料, 对国外典型地基大口径望远镜制冷红外设备的冷光学部分作了简要介绍, 从工程应用的角度阐述了红外光学技术的各要素, 如低温恒温器制作、光学和机械结构设计、探测器安装等在冷光学处理中的设计要点和注意事项。