传统单层衍射元件的衍射效率在入射波长偏离中心波长时急剧下降,因此在宽波段红外系统中应用时会导致成像模糊。通过分析视场对含衍射元件系统点扩散函数(PSF)模型的影响,提出了减小视场影响的光学-数字联合设计方法;该方法通过将优化的权重赋予不同的衍射级次,使系统的PSF不随视场变化,同时将单层衍射元件中心波长设计在中波,在长波波段利用所构建的PSF模型通过图像重建达到双波段成像的目的。采用该方法设计了红外双波段折衍混合系统,在中波波段,该系统在17 lp/mm处的MTF为0.7;长波重建图像在主观上明显清晰,多个图像质量评价函数均有所提高。结果表明,该设计方法可以实现单层衍射元件在红外双波段上的应用。

为成功应用新一代红外探测器，须要设计出能够同时具备双/多色成像能力的光学系统。提出了针对双色红外光学系统材料选择的计算评价方法，其评价项包括绝对光焦度和设计谱段内多个波长下的平均离焦两项。利用该方法对可选的材料组合进行评价，可以快速高效地获得最佳材料组合和元件初始光焦度分配。通过分析评价，适用于中波/长波双色红外光学系统最佳的两片透镜材料组合方式为ZnS/IG2，最佳的三片透镜材料组合方式为Ge/ZnS/GASIR1。通过对组合的详细设计分析验证了该评价方法的有效性。最佳组合可作为透镜组元，为实际光学系统设计提供良好起点。