短波红外干涉光谱成像光学系统的优化设计与分析

发布时间：2017-04-26 13:02

  本文关键词：短波红外干涉光谱成像光学系统的优化设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：成像光谱技术是成像技术与光谱技术的有机结合，可以获取目标的二维空间信息和一维光谱信息，因此成为当今可见光以及红外遥感探测领域的前沿科学。随着空间遥感技术的发展，要求成像光谱仪向宽光谱、大口径、高通量及高稳定等方向发展，因此对光学系统的设计提出了更高的要求。 本文研究了0.9~2.5m m宽波段的短波红外干涉成像光谱仪的光学系统优化设计与分析问题。首先介绍了短波红外干涉光谱成像技术的国内外发展现状；然后根据系统的参数要求，分别对前置镜、干涉仪、准直镜以及成像镜进行了优化设计。 根据前置镜长焦距、宽谱段和小视场的特点，进行了设计方案讨论；采用非球面R-C折反系统作为优化方案，选用不同的主镜焦比值F/2，F/1.5，F/1.2进行了优化设计，设计结果表明主镜焦比小的系统可以有效地缩短系统长度，为进一步提高系统分辨率提供设计基础，但同时设计难度增加。 在干涉仪的设计中，为了尽量减小系统体积，提高稳定性，实现实体Sagnac干涉仪的设计，分析了望远镜倍率变化引起的干涉仪尺寸变化情况，即干涉仪的尺寸优化设计问题；根据优化分析结果，兼顾望远镜倍率提高带来的准直镜设计难度问题，选取了较为合适望远镜倍率，实现了实体Sagnac干涉仪的设计，减小了系统的体积和重量。 在此基础上，进行了准直镜以及成像镜的优化设计，设计中重点讨论了短波红外的材料特性与消色差的材料选配问题。接着，将系统各部分组合，并进行优化和分析，最终得到的整体光学系统，具有体积小、稳定性高和高像质、高通量等优点。 在光学设计的基础上，介绍了杂光分析的重要意义及常用抑制措施，并对前置镜进行了杂散光分析，设计了遮光罩及挡光环等消杂光结构，通过软件仿真和测试，表明采取的抑制措施将杂光控制在允许范围内。
【关键词】：短波红外 光学系统设计 干涉成像光谱技术 R-C折反系统 消色差 Sagnac干涉仪 杂散光分析
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 成像光谱技术的国内外发展现状10-11
• 1.3 短波红外成像光谱技术的国内外发展现状11-12
• 1.4 本论文的主要研究内容12-14
• 第二章 光学系统的参数分析与前置镜的设计14-29
• 2.1 光学系统性能指标的分析与计算14-15
• 2.2 前置镜的参数分析与方案选择15-18
• 2.3 前置镜的设计分析与优化设计18-27
• 2.3.1 折反系统的设计分析18-19
• 2.3.2 R-C 系统的初始参数分析与计算19-21
• 2.3.3 校正镜组的优化设计21-22
• 2.3.4 像方远心优化设计22-27
• 2.4 优化设计结果的对比与分析27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 Sagnac 干涉仪的优化设计与分析29-39
• 3.1 几类常用干涉仪的简单介绍29-30
• 3.2 Sagnac 干涉仪的选择30-31
• 3.3 实体 Sagnac 干涉仪的剪切量与错位量的计算31
• 3.4 实体 Sagnac 干涉仪的尺寸优化设计31-35
• 3.4.1 Sagnac 干涉仪尺寸优化设计的意义31-32
• 3.4.2 实体 Sagnac 干涉仪的尺寸优化设计32-35
• 3.5 本文所用干涉仪的优化设计35-38
• 3.5.1 Sagnac 干涉仪的优化计算35-38
• 3.5.2 Sagnac 干涉仪的优化设计38
• 3.6 本章小结38-39
• 第四章 准直镜和成像镜的优化设计39-56
• 4.1 准直镜的光学设计39-47
• 4.1.1 准直镜的设计参数计算39
• 4.1.2 消色差与二级光谱39-42
• 4.1.3 准直镜的材料选配与分析42-43
• 4.1.4 准直镜的结构选型与设计结果43-47
• 4.2 成像镜的光学设计47
• 4.3 系统的组合与优化设计47-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 杂散光分析56-70
• 5.1 杂散光分析的意义与常用的杂散光分析方法56-58
• 5.1.1 杂散光分析意义56-57
• 5.1.2 主要的杂散光分析方法57-58
• 5.2 杂散光抑制措施研究58-63
• 5.2.1 杂散光的主要来源与抑制措施分析58-62
• 5.2.2 常用的杂散光分析软件和消杂光效果评价62-63
• 5.3 前置镜系统的杂散光分析63-69
• 5.3.1 前置镜的消杂光设计63-66
• 5.3.2 消杂光模型建立66-68
• 5.3.3 消杂光效果分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 总结70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-75
• 硕士期间发表论文75-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：328484