薄膜衍射成像系统设计与分析

发布时间：2020-05-16 06:44

【摘要】：在航天技术进步的推动下,近年来空间遥感技术发展迅速,在对地观测、空间科学研究、资源环境监测以及军事等诸多应用领域,空间光学遥感系统的使用取得了显著效果。为获得地面更细节的信息,光学系统的空间分辨率需要进一步提高。轨道高度一定时,需要更高的角分辨率。然而在光的波动特性制约下,系统孔径和工作波长决定了光学系统角分辨率。在工作波段确定的前提下,只能扩大系统口径,以达到系统的分辨细节能力的提高。传统光学系统受到体积、重量、材料、加工、发射能力等因素的制约,无法实现空间高分辨率成像系统。薄膜衍射相结合是实现空间大口径高分辨率的可行技术途径之一。本文研究衍射成像原理的基础上,开展系统方案设计的探索和系统成像质量的分析,为薄膜衍射技术的空间应用提供技术方案和可行性分析验证。首先基于标量衍射理论,分析了衍射成像系统光焦度、衍射效率、色差等光学特性;基于多级位相光栅对衍射光学元件的衍射效率进行建模,分析建立了衍射光学元件的成像特性认知;在此基础上建立了衍射效率对MTF的影响分析模型;最后,对衍射成像系统的色差特性进行了分析,并提出了采用Schupmann消色差模型的校正方法,并对Schupmann模型的参数关系进行了推导。然后根据Schupmann色差消除模型进行薄膜衍射成像系统设计,首先设计了拼接薄膜衍射主镜,然后设计了系统的初始结构,并给出系统的初始结构参数,最后对系统设计参数进行了优化设计。最后利用本文建立的像质分析模型与方法,对本文设计的薄膜衍射成像系统的像质进行了分析。并对设计的薄膜衍射成像系统进行了公差分析,对包括衍射物镜的加工误差,衍射物镜与后端镜组的装调误差,以及衍射物镜拼接误差进行了分析。本文在深入分析薄膜衍射光学系统成像特性的基础上,设计得到了高成像质量的大口径空间薄膜衍射光学系统,并对系统的成像质量和公差进行了分析。分析结果表明,本文建立的模型与方法可用于支持薄膜衍射光学系统成像特性分析与系统优化设计,本文设计的系统可以满足空间大口径光学信息获取处理应用,相关的模型和设计结果可为空间薄膜衍射光学系统的设计与应用提供参考。
【图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文射成像原理的基础上，开展系统方案设计的探索和系衍射技术的空间应用提供技术方案和可行性分析验证在该方向的研究现状及分析究现状成像系统是利用薄膜衍射光学元件以便来实现大口径光受到薄膜衍射光学元件表面的微结构调制后，，发生光线会聚成像。由于薄膜衍射光学系统具有公差宽松、易于实现超轻量化系统的优点，能够突破传统光学节省制造与发射成本，是实现空间大口径高分辨率成国外，首先研究了薄膜衍射成像系统。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文小组在计算机模拟的指导下，用未抛光未蚀刻的塑料板组装了一个 5 米透分之二缩比模型，并成功地展示了折纸状折叠图案。该方案可将主镜尺寸原来的五分之一，为解决 10 米口径以上超大口径光学主镜的运输和发射问了思路。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V443.5

【参考文献】

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1 刘华;卢振武;闫勇;;大口径衍射望远系统公差分析及测量[J];光子学报;2013年10期

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2 王若秋;基于衍射成像系统的薄膜元件关键技术研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2017年

3 王松;应用于空间光学的聚合物薄膜性能研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2016年

4 王彦钦;微纳结构成像原理和方法研究[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2015年

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2 郑耀辉;空间薄膜衍射望远镜主镜展开技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2016年

3 徐琰;利用二元光学技术设计轻量化光学遥感系统[D];国防科学技术大学;2006年

本文编号：2666338