武汉纺织大学电子与电气工程学院, 湖北 武汉430073
结合谐衍射光学元件特殊的消热差以及对波面进行任意整形的特点, 针对现代最先进的像元尺寸为30 μm、 像元数320×240的红外双色探测器, 提出了一种轻小型双光谱超宽温度红外探测成像系统方案, 利用折射/谐衍射结构实现了超宽温范围内的被动式消热差红外成像探测, 仅用三片镜子的单结构就可实现系统在3.8～4.2和8.8～11.2 μm双光谱处在-120 ℃～200 ℃温度范围内同时探测。 系统仅使用锗和硒化锌两种材料, 引入了一个非球面和一个谐衍射面, 实现了消热差、 消色差和结构简单轻量化, 设计结果表明, 该系统在-120～200 ℃温度范围内, 3.8～4.2和8.8～11.2 μm光谱处的最大均方根半径值分别为19.07和17.75 μm, 小于红外探测器的像元尺寸30 μm, 在红外探测器两个像元内, 3.8～4.2和8.8～11.2 μm光谱处的能量集中度分别优于88.7%和82.4%, 成像质量良好, 方案工程实现性好, 设计方法和设计结果合理可行。
光谱仪 红外探测 减热差 Imaging spectrometer Infrared optical system Athermalization 光谱学与光谱分析
2014, 34(5): 1434
武汉纺织大学 电子与电气工程学院， 武汉 430073
利用折射/谐衍射结构设计了超宽温范围内的被动式消热差红外物镜系统.该系统由三片镜子组成，使用锗和硒化锌两种材料，引入一个非球面和一个谐衍射面,实现了消热差、消色差和结构简单轻量化.实验结果表明: 在焦距为54.68 mm，-120～100 ℃温度范围内,系统可以在3.8～4.2 μm和8.8～11.2 μm光谱范围同时工作，且光谱范围的调制传递函数分别优于0.42和0.35，成像质量良好，适用于像元尺寸为30 μm、像元数320×240的红外双色探测器.
光学设计 红外光学系统 减热差 混合 双色 Optical design Infrared optical system Athermalization Hybrid Dual-color
武汉纺织大学 电子与电气工程学院， 武汉 430073
利用折衍混合结构设计了超宽温范围内的光学被动式消热差Petzval物镜，系统工作波段为3.2～4.5 μm，视场角为8.42°，焦距为95 mm，后工作距为60.5 mm。使用锗和硅两种材料，引入了2个非球面和1个衍射面,实现了消热差和结构简单轻量化，该系统在－80～200 ℃范围内,调制传递函数(MTF) 优于0.7，接近衍射极限,成像质量良好，该系统适用于像元尺寸为35 μm、像元数320×240的非制冷红外焦平面阵列探测器。
光学设计 红外光学系统 衍射光学 减热差 optical design infrared optical system diffractive optics athermalization
1 南开大学现代光学研究所,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071
2 中国科学院长春光机与物理研究所,应用光学国家重点实验室,长春,130022
3 中国科学院西安光学精密机械研究所光电子学室,西安,710068
4 白城师范学院,白城,137000
设计了折射/衍射混合减热差红外光学系统,仅使用硅和锗两种材料.设计结果表明,此系统具有良好的减热差和校色差作用,在-80～200℃温度范围内不仅得到接近衍射极限的成像质量,而且结构简单,体积小,重量轻.
红外光学系统 衍射光学 减热差设计
1 南开大学,现代光学研究所,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071
2 中国科学院长春光机与物理研究所,应用光学国家重点实验室,吉林,长春,130022
研究了折射/衍射光学元件的温度效应及红外系统的设计理论及具体实例,给出了在红外3.2～4.5μm波段,5°视场范围,冷光栏效率100%,在-40～80℃温度变化范围情况下的红外混合减热差系统的设计结果.结果表明,使用折射/衍射光学系统的减热差设计方案,可令相应的传统光学系统减少一片元件,并且节省了昂贵的硒化锌红外材料.不仅能在较大视场内得到接近衍射极限的成像质量,较宽的温度工作范围,而且结构简单,体积小,重量轻.
红外光学系统 二元光学 减热差系统
