包含梯度折射率元件的望远光学系统设计

发布时间：2020-02-28 10:06

【摘要】：成像光谱仪是在光谱遥感的基础上,逐步发展起来的一种新的遥感仪器,可以同时获得目标的空间信息与光谱信息,在军事领域与民用领域都具有重要的应用。其前置望远系统承担着对目标景物成像的重要作用,是仪器收集光能量和信息数据的重要组成部分。随着成像光谱仪的发展,对前置望远成像系统的要求也越来越高。梯度折射率透镜由于其介质折射率呈特殊规律变化而具有均匀介质透镜所不具备的光学特性质量特性。将梯度折射率透镜运用于成像光谱仪的前置望远成像系统中,既可以提高系统的像质,增大系统的视场,同时简化了系统,使光学系统更加轻量化本文讨论了前置成像系统的典型结构与成像特性;基于梯度折射率光学设计理论,分析轴向梯度折射率透镜的像差特点;阐述了轴向梯度折射率透镜的设计方法,并设计了符合系统使用要求的轴向梯度折射率透镜。最终完成了焦距为700mm、通光口径为135mm、视场为1.6°、光谱范围0.4~1.0μm的长焦距、宽光谱望远物镜光学系统设计,成像质量良好。系统采用折反式结构与轴向梯度折射率元件相结合的方式,提高了成像质量。整个系统除主次镜反射镜外仅有两片透镜,保证了光学系统的轻量化。
【图文】：

示意图,模型,示意图,梯度折射率

早在梯度折射率材料能够被的光学现象并展开了研究。的物理学家麦克斯韦就提出了一种 1.1），其折射率以球心为中心，折史上第一次成功研制出梯度折射率由明胶制成，可以使光线发散或会材料的优势性能，但为之后梯度光径向梯度折射率模型[6]等等。但限于实际应用的研究阶段。

梯度折射率,应用举例

在梯度折射率理论方面，，刘德森等[13]编著的《纤维光学》、《变折射率介质的物理基础》与乔亚天的《梯度折射率光学》等著作，为我国梯度折射率光学发展打下了坚实的理论基础。今天，梯度折射率(Gradient index, GRIN)元件已经成为一类不可或缺光学元件。梯度折射率元件是主要依靠介质折射率的非均匀分布来实现各种光学功能的光学器件。相比于均匀介质光学元件，梯度折射率元件可以改变其折射率分布，从而拥有许多面型复杂、工艺成本高的均匀介质元件才具有的特殊光学性能。例如，一块球面轴向梯度折射率透镜，可以拥有非球面透镜的像差校正能力，而不必使用非球面加工工艺；一块径向梯度折射率平行平板，可以对光线起到发散或汇聚的作用，而不必使用球面加工；一个层状梯度折射率仅加工出平板，就可以拥有一个柱面镜的一维放大作用等等。应用方面，如图 1.2 所示，轴向梯度折射率透镜主要在光学系统成像之中校正像差，是光学设计很有潜力的发展方向；径向梯度梯度折射率在光通信、内窥镜系统等方面发挥较为重要的作用，有着广阔的应用前景；而球面梯度折射率因其几何形状、成像特点、加工成本方面的优势，在微小光学中具有很强的实用性。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74

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