低温离轴反射式平行光管的研制

发布时间：2019-05-23 11:24

【摘要】：随着空间探测技术的不断发展和进步,空间光学系统在朝着高分辨率的方向发展,平行光管作为空间光学系统检测的必备仪器之一,也随之朝着大口径、大视场以及高像质的方向发展。本文针对技术指标为口径400mm、焦距大于3200mm、工作谱段为0.4um-14um低温离轴反射式平行光管的光学设计、关键光学元件的加工检测技术以及系统在常低温环境下的成像质量展开了相关的研究。根据平行光管视场1°×1°的技术指标要求,选用离轴三反射式的光学结构,在同轴三反光学系统的几何光学和初级像差理论的基础上,通过确定各镜间距离的方法来获得共轴三反射式平行光管的初始结构,运用ZEMAX软件进行离轴优化,给出设计结果并分析系统的像质,该系统的综合波像差PV值优于0.046λ(λ为工作波长),RMS值优于0.0037λ,轴上轴外的最大弥散斑半径优于1.1um,满足系统的设计指标。该平行光管需要在低于150K的低温环境下使用,支撑结构的热胀冷缩会导致三反射镜的相对位置变化,计算分析了支撑结构材料为不锈钢和殷钢时镜面的相对误差量,结果表明,在150K的低温环境中,支撑结构材料为殷钢时镜面误差在系统公差范围内,能满足系统的设计要求。针对主镜和三镜的面形参数,设计了补偿器加平面反射镜的主、三镜自准直检测光路,运用ZEMAX软件分别设计了相应的补偿器,4D干涉仪进行主镜和三镜最终的面形检测,实现了主镜和三镜的面形RMS值优于λ/40,满足单镜的设计要求。
[Abstract]:With the development and progress of the space detection technology, the spatial optical system is developed in the direction of high resolution, and the parallel light pipe is one of the necessary instruments for the detection of the spatial optical system, and it also develops in the direction of large aperture, large field of view and high image quality. In this paper, the optical design of an off-axis reflection type parallel light pipe with a diameter of 400mm, a focal length of more than 3200mm, a working spectrum section of 0.4um-14um and a low-temperature off-axis reflection type parallel light pipe, the processing and detection technology of the key optical element and the imaging quality of the system under the constant low-temperature environment are studied. According to the technical index requirement of 1 掳 to 1 掳 of the field of view of the parallel light pipe, the off-axis three-reflection type optical structure is selected, and on the basis of the geometrical optics and the primary aberration theory of the coaxial three-reflection optical system, The initial structure of the coaxial three-reflection type parallel light pipe is obtained by the method of determining the distance between the mirrors, the off-axis optimization is carried out by using the ZEMAX software, the design result is given, and the image quality of the system is analyzed, the comprehensive wave aberration PV value of the system is better than that of 0.046, and the RMS value is better than 0.0037%. The maximum dispersion spot radius on the axis of the shaft is better than 1.1um, and the design index of the system is satisfied. The parallel light pipe needs to be used in a low-temperature environment of less than 150 K, the thermal expansion and contraction of the support structure can cause the relative position change of the three-mirror, and the relative error quantity of the mirror surface when the supporting structure material is stainless steel and invar steel is calculated and analyzed, the result shows that in a 150-K low-temperature environment, The mirror error of the supporting structure is in the system tolerance, which can meet the design requirements of the system. aiming at the surface shape parameters of the main mirror and the three-mirror, a main and three-mirror self-collimation detection optical path of a compensator plus a plane reflector is designed, a corresponding compensator is designed by using the ZEMAX software, and the final shape detection of the main mirror and the three-mirror is performed by the 4D interferometer, The surface shape RMS value of the main mirror and the three-mirror is better than that of the 1/40, and the design requirement of the single mirror is met.
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74

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本文编号：2483858