仿生龙虾眼光学成像机理研究

发布时间：2019-10-13 22:37

【摘要】：龙虾眼掠入射聚焦系统是仿生龙虾眼睛的独特球形微通道结构,使得龙虾眼聚焦系统在高能射线领域能够获得前所未有的大视场与能量获取能力。目前对于龙虾眼结构的研究主要集中在×射线领域,但基于同样反射原理聚焦的光波段龙虾眼光学系统,对于解决光谱材料受限问题以及大视场高敏感性探测问题具有潜在广阔的应用前景。本论文的主要工作是将龙虾眼结构装置的应用范围拓展到光波段范围内,从光学聚焦成像的角度考察、分析了龙虾眼结构装置,重点研究了应用于光波段的龙虾眼光学系统的结构参数与聚焦性能之间的关系；提出了基于杂光抑制原则的单次反射壁厚公式,并讨论了在这个公式限制条件下龙虾眼透镜的各个关键设计参数,如锥顶角、中心张角等,对龙虾眼透镜聚焦性能的影响；并使用数学模型及光机建模软件进行了对比仿真建模分析。通过建模仿真分析,发现基于单次反射条件的光波段龙虾眼聚焦装置的集光效率不受锥顶角参数的影响,同时可以发现光波段龙虾眼光学系统的弥散斑图样对方向具有敏感性。由于基于单次反射原理的龙虾眼透镜存在大视场下微通道深度过低而不便制造的问题,本论文研究了龙虾眼透镜在小宽纵比结构下的多次反射聚焦机理。通过创造性地对龙虾眼透镜进行棱镜展开原理分析,得到了多次反射虽然会产生出射角度更为复杂的偶数次反射杂光,但奇数次反射光线的多次反射对球差具有补偿作用,能够得到更好的聚焦效果,并且这种补偿作用是随微通道单元的宽纵比的减小而增强的结论。对光波段龙虾眼透镜内存在偶数次杂光的抑制方法进行了研究,提出了末端涂层吸收和贯穿式涂层吸收的方法来抑制偶数次杂光,并取得得了明显的杂光抑制效果,使光波段龙虾眼透镜接近于实际应用的进程向前推进了一步。最后,现有加工工艺条件下,设计并制作龙虾眼透镜LP-65原理样机。该原理样机所得到的实验结果很好的印证了反射型重叠像眼的聚焦原理。同时由于LP-65原理样机的结构上的特性,实验过程中发现了双十字的聚焦现象,针对这一现象完成了软件的仿真对比分析,验证了实验的正确性。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB17;TH74

【参考文献】