设计了一套焦距f′=10 mm~500 mm的高变倍比变焦光学系统。以正组机械补偿原理为基础, 通过高斯光学计算, 给出合理的初始结构和高斯解。系统引入2个新型非球面, 使系统具有更大的自由度, 并有效校正光学系统中的像差, 减小系统复杂度, 对实现高变倍比变焦系统尤为有利。采用一组双层谐衍射元件来校正长焦所带来的二级光谱, 减少了透镜片数, 使系统更加紧凑。分析了10 mm~500 mm焦距情况下系统的调制传递函数曲线, 计算出变倍组和补偿组的变化曲线, 可以看出满足机械补偿凸轮曲线的变化规律, 而且曲线的变化比较平滑, 能够实现平稳变焦。在奈奎斯特频率为50 lp/mm时, 调制传递函数曲线均在0.6以上。
光学设计 变焦距镜头 高变倍比 新型非球面 谐衍射元件 optical design zoom lens high zoom ratio new aspheric surface harmonic diffractive optical element
1 中国科学院光电技术研究所， 四川 成都 610209
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
根据谐衍射透镜的特点以及非球面校正像差的独特性能，将谐衍射面制作在非球面基底上制成单透镜，该单透镜应用于红外系统中，能够在两个波段1.8~2.4 μm和3.4~4.8 μm内同时较好地校正系统的色差,有效地校正此单片镜系统的像差,在设计波段内大幅度提高了衍射效率，成像质量接近衍射极限。
非球面基底 红外双波段 谐衍射元件 衍射效率 aspheric substrate infrared dual-band harmonic diffractive element diffraction efficiency
将谐衍射透镜应用在传统红外单波段佩茨瓦尔(Petzval)物镜上,设计得到工作波段处于3.4～4.2 μm和8～11 μm的红外双波段单层谐衍射光学系统。但单层谐衍射元件的衍射效率只在设计波长处衍射效率最高,随着波长相对设计中心波长向两侧偏离,主衍射级次的衍射效率逐渐下降。为提高含单层谐衍射元件光学系统的衍射效率,基于双层衍射元件衍射效率表达式研究了双层谐衍射元件的结构优化,给出了优化方法。设计出佩茨瓦尔型红外双波段双层谐衍射光学系统,其在3.4～4.2 μm和8～11 μm两个工作波段的衍射效率均达到90%以上,相比含有单层谐衍射面的光学系统衍射效率有了很大提升,提高了像面衬比度,完善了系统成像质量。
光学设计 双层衍射 谐衍射元件 红外光学系统
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江,杭州,310027
从谐衍射元件的理论出发,讨论了谐衍射透镜在消色差和消热差时的特性.利用谐衍射透镜独特的色散和消热差特性,再结合其谐振特性,设计并制成了适用于-30℃～70℃的3μm～5μm和8μm～10μm双波段红外消热差的光学系统.该系统通过采用折反结构,仅需锗作为材料, 体积小,重量轻,结构简单.结果表明,该系统能够在两个波段内同时较好地校正系统的色差, 在要求的视场内得到接近衍射极限的成像质量, 具有良好的消色差和减热差特性.该系统经红外传递函数测试仪测试,得出的实际MTF值也基本接近衍射极限.
谐衍射元件 消热差 红外 双波段
