温度与微结构高度误差对衍射光学元件衍射效率的影响研究
发布时间：2022-01-08 02:14
基于衍射光学元件的衍射效率与微结构高度误差的关系,提出了环境温度、微结构高度误差与衍射效率和带宽积分平均衍射效率的数学分析模型。研究了环境温度变化对带宽积分平均衍射效率的影响,分析了工作在一定温度范围内时带宽积分平均衍射效率与相对微结构高度误差的关系。对于工作在8～12mm长波红外波段的衍射光学元件,偏离设计波长越远,其衍射效率受温度的影响越大。温度的变化会引起100%衍射效率对应的峰值相对微结构高度误差发生改变。当衍射光学元件的相对微结构高度误差在±15%范围内时,衍射效率在-40℃～80℃的整个温度范围内高于91.89%,带宽积分平均衍射效率在整个温度范围内高于88.58%。
【文章来源】：红外技术. 2020,42(03)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
几个不同波长处的衍射效率与温度的关系Fig.3Relationshipofdiffractionefficiencyandtemperatureatseveralwavelengths
第42卷第3期Vol.42No.32020年3月杨亮亮等：温度与微结构高度误差对衍射光学元件衍射效率的影响研究Mar.2020215图2衍射效率与波长和温度的关系Fig.2Relationshipofdiffractionefficiency,wavelengthandtemperature图3几个不同波长处的衍射效率与温度的关系Fig.3Relationshipofdiffractionefficiencyandtemperatureatseveralwavelengths当环境温度为20℃、－40℃和80℃时，衍射光学元件的衍射效率随波长的变化曲线关系如图4所示。温度降低时，实现100%衍射效率的峰值波长向短波移动；温度升高时，实现100%衍射效率的峰值波长向长波移动。所以，在一定温度范围内工作的衍射光学元件，要注意温度变化时所引起的峰值波长改变的现象。根据图3和图4可知在不同温度下对应的衍射效率，当环境温度从20℃升高到80℃时，整个波段范围内的最小衍射效率从20℃时的85.33%下降到为84.02%，下降了1.31%；当环境温度从20℃降低到－40℃时，整个波段范围内的最小衍射效率为86.60%，相比20℃时衍射效率，升高了1.27%。2.2温度变化对带宽积分平均衍射效率的影响当相对微结构高度误差为零，环境温度范围为－40℃～80℃时，根据公式(6)计算得到衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率与温度的关系如图5所示。当环境温度从20℃升高到80℃时，或从20℃降低到－40℃时，带宽积分平均衍射效率都是仅下降了0.02%。改变很校图4几个不同温度处的衍射效率与波长的关系Fig.4Relationshipofdiffractionefficiencyandwavelengthatseveraltemperatures图5带宽积分平均衍射效率与温度的关系Fig.5RelationshipofPIDEandtemperatu
据图3和图4可知在不同温度下对应的衍射效率，当环境温度从20℃升高到80℃时，整个波段范围内的最小衍射效率从20℃时的85.33%下降到为84.02%，下降了1.31%；当环境温度从20℃降低到－40℃时，整个波段范围内的最小衍射效率为86.60%，相比20℃时衍射效率，升高了1.27%。2.2温度变化对带宽积分平均衍射效率的影响当相对微结构高度误差为零，环境温度范围为－40℃～80℃时，根据公式(6)计算得到衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率与温度的关系如图5所示。当环境温度从20℃升高到80℃时，或从20℃降低到－40℃时，带宽积分平均衍射效率都是仅下降了0.02%。改变很校图4几个不同温度处的衍射效率与波长的关系Fig.4Relationshipofdiffractionefficiencyandwavelengthatseveraltemperatures图5带宽积分平均衍射效率与温度的关系Fig.5RelationshipofPIDEandtemperatures2.3温度变化和微结构高度误差对衍射效率的影响当环境温度为20℃、－40℃和80℃时，利用公式(5)得到衍射光学元件的衍射效率与相对微结构高度误差的关系曲线如图6所示。对比图4，温度降低时，实现100%衍射效率的峰值相对微结构高度误差向正值方向移动；温度升高时，实现100%衍射效率的峰值相对微结构高度误差向负值方向移动。所以，在一定温度范围内工作的衍射光学元件，要注意温度变化时所引起的峰值相对微结构高度误差改变的现象。当相对微结构高度误差为0、±5%、±10%和±15%时，衍射光学元件的衍射效率与温度的关系曲线如图7所示。可以看出，当衍射光学元件的相对微结构高度误差在±5%范围
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种红外双波段衍射望远镜的光学设计（英文）[J]. 王昊,康福增,赵卫,李毅超. 红外与毫米波学报. 2019(01)
[2]双层衍射光学元件微结构高度的优化设计[J]. 杨亮亮. 红外. 2019(01)
[3]斜入射微结构高度误差的优化设计[J]. 杨亮亮,刘成林,张志海,唐健. 激光与光电子学进展. 2017(06)
[4]环境温度变化对双波段谐衍射光学元件衍射效率的影响[J]. 常笑薇. 北京交通大学学报. 2016(06)
[5]双层衍射元件加工误差对带宽积分平均衍射效率的影响[J]. 毛珊,崔庆丰. 光学学报. 2016(01)
[6]偏心误差对长波红外波段多层衍射光学元件衍射效率的影响[J]. 高龙,薛常喜,杨红芳,聂鑫. 光学学报. 2015(06)
[7]衍射光学元件的加工工艺及其在各种光谱镜头中的应用[J]. 程习敏,白瑜,谢伟民,邢廷文,林妩媚. 光电技术应用. 2014(02)
[8]中波红外制冷型光学系统消热差设计[J]. 刘秀军,张金旺,张华卫,刘波. 应用光学. 2013(03)
本文编号：3575704
【文章来源】：红外技术. 2020,42(03)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
几个不同波长处的衍射效率与温度的关系Fig.3Relationshipofdiffractionefficiencyandtemperatureatseveralwavelengths
第42卷第3期Vol.42No.32020年3月杨亮亮等：温度与微结构高度误差对衍射光学元件衍射效率的影响研究Mar.2020215图2衍射效率与波长和温度的关系Fig.2Relationshipofdiffractionefficiency,wavelengthandtemperature图3几个不同波长处的衍射效率与温度的关系Fig.3Relationshipofdiffractionefficiencyandtemperatureatseveralwavelengths当环境温度为20℃、－40℃和80℃时，衍射光学元件的衍射效率随波长的变化曲线关系如图4所示。温度降低时，实现100%衍射效率的峰值波长向短波移动；温度升高时，实现100%衍射效率的峰值波长向长波移动。所以，在一定温度范围内工作的衍射光学元件，要注意温度变化时所引起的峰值波长改变的现象。根据图3和图4可知在不同温度下对应的衍射效率，当环境温度从20℃升高到80℃时，整个波段范围内的最小衍射效率从20℃时的85.33%下降到为84.02%，下降了1.31%；当环境温度从20℃降低到－40℃时，整个波段范围内的最小衍射效率为86.60%，相比20℃时衍射效率，升高了1.27%。2.2温度变化对带宽积分平均衍射效率的影响当相对微结构高度误差为零，环境温度范围为－40℃～80℃时，根据公式(6)计算得到衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率与温度的关系如图5所示。当环境温度从20℃升高到80℃时，或从20℃降低到－40℃时，带宽积分平均衍射效率都是仅下降了0.02%。改变很校图4几个不同温度处的衍射效率与波长的关系Fig.4Relationshipofdiffractionefficiencyandwavelengthatseveraltemperatures图5带宽积分平均衍射效率与温度的关系Fig.5RelationshipofPIDEandtemperatu
据图3和图4可知在不同温度下对应的衍射效率，当环境温度从20℃升高到80℃时，整个波段范围内的最小衍射效率从20℃时的85.33%下降到为84.02%，下降了1.31%；当环境温度从20℃降低到－40℃时，整个波段范围内的最小衍射效率为86.60%，相比20℃时衍射效率，升高了1.27%。2.2温度变化对带宽积分平均衍射效率的影响当相对微结构高度误差为零，环境温度范围为－40℃～80℃时，根据公式(6)计算得到衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率与温度的关系如图5所示。当环境温度从20℃升高到80℃时，或从20℃降低到－40℃时，带宽积分平均衍射效率都是仅下降了0.02%。改变很校图4几个不同温度处的衍射效率与波长的关系Fig.4Relationshipofdiffractionefficiencyandwavelengthatseveraltemperatures图5带宽积分平均衍射效率与温度的关系Fig.5RelationshipofPIDEandtemperatures2.3温度变化和微结构高度误差对衍射效率的影响当环境温度为20℃、－40℃和80℃时，利用公式(5)得到衍射光学元件的衍射效率与相对微结构高度误差的关系曲线如图6所示。对比图4，温度降低时，实现100%衍射效率的峰值相对微结构高度误差向正值方向移动；温度升高时，实现100%衍射效率的峰值相对微结构高度误差向负值方向移动。所以，在一定温度范围内工作的衍射光学元件，要注意温度变化时所引起的峰值相对微结构高度误差改变的现象。当相对微结构高度误差为0、±5%、±10%和±15%时，衍射光学元件的衍射效率与温度的关系曲线如图7所示。可以看出，当衍射光学元件的相对微结构高度误差在±5%范围
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种红外双波段衍射望远镜的光学设计（英文）[J]. 王昊,康福增,赵卫,李毅超. 红外与毫米波学报. 2019(01)
[2]双层衍射光学元件微结构高度的优化设计[J]. 杨亮亮. 红外. 2019(01)
[3]斜入射微结构高度误差的优化设计[J]. 杨亮亮,刘成林,张志海,唐健. 激光与光电子学进展. 2017(06)
[4]环境温度变化对双波段谐衍射光学元件衍射效率的影响[J]. 常笑薇. 北京交通大学学报. 2016(06)
[5]双层衍射元件加工误差对带宽积分平均衍射效率的影响[J]. 毛珊,崔庆丰. 光学学报. 2016(01)
[6]偏心误差对长波红外波段多层衍射光学元件衍射效率的影响[J]. 高龙,薛常喜,杨红芳,聂鑫. 光学学报. 2015(06)
[7]衍射光学元件的加工工艺及其在各种光谱镜头中的应用[J]. 程习敏,白瑜,谢伟民,邢廷文,林妩媚. 光电技术应用. 2014(02)
[8]中波红外制冷型光学系统消热差设计[J]. 刘秀军,张金旺,张华卫,刘波. 应用光学. 2013(03)
本文编号：3575704
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