折、衍混合成像光学系统杂散光研究
发布时间：2022-02-16 07:25
随着口径不断增加,反射式空间望远镜系统面临着重量和体积急剧增加、主镜面形公差要求苛刻、不易折叠展开等诸多技术难点。为探索大口径轻量化空间望远镜的新型建造方案,突破传统成像机理的新型衍射成像技术得到了越来越多的研究。衍射成像技术的主要思路是采用衍射光学元件（Diffractive optical element,DOE）代替常规的折射、反射光学元件作为望远镜的主镜。衍射光学元件利用表面微结构图案对光波进行调制,可以在非常薄的基底材料上实现,因此元件的质量可以非常轻。然而衍射元件存在多个衍射级次,成像过程只能利用其中一个衍射级次。其他非设计级次的衍射光线如果传播到像面成为杂散光,会降低系统的成像性能甚至淹没目标信号。此外,空间光学系统在应用时也必须对杂散光进行严格的分析与控制。因此本文围绕衍射成像系统中的杂散光特性展开研究,主要研究内容包括以下几个部分:1.研究了加工误差对衍射透镜点扩散函数（Point Spread Function,PSF）和衍射效率的影响。结合二元位相型衍射透镜的加工工艺,基于标量衍射理论建立了刻蚀深度误差、线宽误差、掩模对准误差对衍射透镜复振幅透过率函数的影响模型。...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究的目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 衍射望远镜技术研究现状
1.2.2 含衍射元件光学系统的杂散光研究现状
1.2.3 成像光学系统杂散光研究现状
1.3 本文的主要研究内容与结构安排
1.3.1 论文的主要研究内容
1.3.2 论文的结构安排
第2章 衍射成像系统杂散光研究的基本理论
2.1 衍射成像系统基本原理
2.1.1 衍射透镜成像原理
2.1.2 衍射元件分析方法
2.1.3 衍射望远镜消色差原理
2.2 杂散光分析基本理论与概念
2.2.1 光能传递模型
2.2.2 表面散射模型
2.2.3 成像光学系统的杂散光分析与测试
2.3 本章小结
第3章 加工误差对衍射透镜点扩散函数的影响
3.1 加工误差对衍射透镜振幅透过率的影响
3.1.1 二元衍射透镜制作工艺
3.1.2 加工误差对衍射透镜相位分布函数的影响
3.2 大口径衍射透镜焦面衍射场数值计算
3.3 加工误差对点扩散函数的影响
3.3.1 刻蚀深度误差
3.3.2 线宽误差
3.3.3 掩模对准误差
3.4 四台阶衍射透镜点扩散函数与衍射效率测试实验
3.4.1 四台阶衍射透镜误差量化
3.4.2 实验样片点扩散函数测试与仿真计算结果比较
3.5 本章小结
第4章 衍射望远镜系统的鬼像特性
4.1 鬼像来源
4.2 折、衍混合成像系统鬼像快速分析方法
4.3 衍射望远镜样机的鬼像分析
4.3.1 样机系统的结构与模型
4.3.2 样机系统的鬼像分析结果
4.3.3 样机系统的鬼像验证实验
4.4 衍射望远镜鬼像抑制措施探究
4.5 本章小结
第5章 衍射元件多级衍射对系统调制传递函数的影响
5.1 折、衍混合成像系统传递函数计算方法
5.1.1 折、衍混合成像系统MTF计算方法与流程
5.1.2 不同计算方法下MTF对比
5.2 衍射望远镜样机系统的传递函数计算实例
5.3 提高衍射望远镜系统传递函数的措施
5.3.1 提高主镜台阶数目
5.3.2 主镜中心制作成多台阶
5.3.3 色差校正透镜中心制作成多台阶
5.4 本章小结
第6章 衍射望远镜系统对轴外杂散光的抑制特性
6.1 衍射望远镜样机的光机模型
6.2 样机系统的PST分析
6.3 样机系统的杂光系数计算
6.4 样机系统的杂光系数测试
6.5 衍射望远镜的杂散光抑制措施探究
6.6 小结
第7章 总结与展望
7.1 本文的主要研究工作
7.2 本文的创新之处
7.3 本文的不足与展望
参考文献
致谢
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]微结构薄膜望远镜研究进展分析[J]. 杨伟,吴时彬,汪利华,范斌,罗先刚,杨虎. 光电工程. 2017(05)
[2]高衍射效率衍射望远镜系统的设计/加工及成像性能测试[J]. 王若秋,张志宇,国成立,薛栋林,张学军,刘华. 光子学报. 2017(03)
[3]Effects of fabrication errors on diffraction efficiency for a diffractive membrane[J]. 王若秋,张志宇,国成立,薛栋林,张学军. Chinese Optics Letters. 2016(12)
[4]用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件[J]. 张健,栗孟娟,阴刚华,焦建超,刘正坤,徐向东,付绍军. 光学精密工程. 2016(06)
[5]拼接菲涅耳透镜子镜失调误差分析[J]. 汪利华,吴时彬,杨伟,任戈. 光学学报. 2016(07)
[6]点源透过率测试系统精度标定与分析[J]. 李朝辉,赵建科,徐亮,刘峰,郭毅,刘锴,赵青. 物理学报. 2016(11)
[7]光学系统弥散斑参数的测试[J]. 李坤,陈永权,赵建科,段亚轩,李巧玲,潘亮,龙江波,张海洋. 光学精密工程. 2015(09)
[8]大口径衍射望远系统公差分析及测量[J]. 刘华,卢振武,闫勇. 光子学报. 2013(10)
[9]基于Code V和Tracepro的成像光学系统一阶鬼像分析方法[J]. 梅超,周泗忠,张恒金,段晶,姜凯. 光学学报. 2013(04)
[10]波带片衍射成像技术在对地观测卫星中的应用[J]. 刘韬,周一鸣,王景泉,梁巍. 航天器工程. 2012(03)
博士论文
[1]衍射光学系统杂散光研究[D]. 殷可为.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
硕士论文
[1]含衍射元件的高功率激光装置中的鬼像分析[D]. 留浩飞.浙江大学 2006
本文编号：3627619
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究的目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 衍射望远镜技术研究现状
1.2.2 含衍射元件光学系统的杂散光研究现状
1.2.3 成像光学系统杂散光研究现状
1.3 本文的主要研究内容与结构安排
1.3.1 论文的主要研究内容
1.3.2 论文的结构安排
第2章 衍射成像系统杂散光研究的基本理论
2.1 衍射成像系统基本原理
2.1.1 衍射透镜成像原理
2.1.2 衍射元件分析方法
2.1.3 衍射望远镜消色差原理
2.2 杂散光分析基本理论与概念
2.2.1 光能传递模型
2.2.2 表面散射模型
2.2.3 成像光学系统的杂散光分析与测试
2.3 本章小结
第3章 加工误差对衍射透镜点扩散函数的影响
3.1 加工误差对衍射透镜振幅透过率的影响
3.1.1 二元衍射透镜制作工艺
3.1.2 加工误差对衍射透镜相位分布函数的影响
3.2 大口径衍射透镜焦面衍射场数值计算
3.3 加工误差对点扩散函数的影响
3.3.1 刻蚀深度误差
3.3.2 线宽误差
3.3.3 掩模对准误差
3.4 四台阶衍射透镜点扩散函数与衍射效率测试实验
3.4.1 四台阶衍射透镜误差量化
3.4.2 实验样片点扩散函数测试与仿真计算结果比较
3.5 本章小结
第4章 衍射望远镜系统的鬼像特性
4.1 鬼像来源
4.2 折、衍混合成像系统鬼像快速分析方法
4.3 衍射望远镜样机的鬼像分析
4.3.1 样机系统的结构与模型
4.3.2 样机系统的鬼像分析结果
4.3.3 样机系统的鬼像验证实验
4.4 衍射望远镜鬼像抑制措施探究
4.5 本章小结
第5章 衍射元件多级衍射对系统调制传递函数的影响
5.1 折、衍混合成像系统传递函数计算方法
5.1.1 折、衍混合成像系统MTF计算方法与流程
5.1.2 不同计算方法下MTF对比
5.2 衍射望远镜样机系统的传递函数计算实例
5.3 提高衍射望远镜系统传递函数的措施
5.3.1 提高主镜台阶数目
5.3.2 主镜中心制作成多台阶
5.3.3 色差校正透镜中心制作成多台阶
5.4 本章小结
第6章 衍射望远镜系统对轴外杂散光的抑制特性
6.1 衍射望远镜样机的光机模型
6.2 样机系统的PST分析
6.3 样机系统的杂光系数计算
6.4 样机系统的杂光系数测试
6.5 衍射望远镜的杂散光抑制措施探究
6.6 小结
第7章 总结与展望
7.1 本文的主要研究工作
7.2 本文的创新之处
7.3 本文的不足与展望
参考文献
致谢
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]微结构薄膜望远镜研究进展分析[J]. 杨伟,吴时彬,汪利华,范斌,罗先刚,杨虎. 光电工程. 2017(05)
[2]高衍射效率衍射望远镜系统的设计/加工及成像性能测试[J]. 王若秋,张志宇,国成立,薛栋林,张学军,刘华. 光子学报. 2017(03)
[3]Effects of fabrication errors on diffraction efficiency for a diffractive membrane[J]. 王若秋,张志宇,国成立,薛栋林,张学军. Chinese Optics Letters. 2016(12)
[4]用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件[J]. 张健,栗孟娟,阴刚华,焦建超,刘正坤,徐向东,付绍军. 光学精密工程. 2016(06)
[5]拼接菲涅耳透镜子镜失调误差分析[J]. 汪利华,吴时彬,杨伟,任戈. 光学学报. 2016(07)
[6]点源透过率测试系统精度标定与分析[J]. 李朝辉,赵建科,徐亮,刘峰,郭毅,刘锴,赵青. 物理学报. 2016(11)
[7]光学系统弥散斑参数的测试[J]. 李坤,陈永权,赵建科,段亚轩,李巧玲,潘亮,龙江波,张海洋. 光学精密工程. 2015(09)
[8]大口径衍射望远系统公差分析及测量[J]. 刘华,卢振武,闫勇. 光子学报. 2013(10)
[9]基于Code V和Tracepro的成像光学系统一阶鬼像分析方法[J]. 梅超,周泗忠,张恒金,段晶,姜凯. 光学学报. 2013(04)
[10]波带片衍射成像技术在对地观测卫星中的应用[J]. 刘韬,周一鸣,王景泉,梁巍. 航天器工程. 2012(03)
博士论文
[1]衍射光学系统杂散光研究[D]. 殷可为.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
硕士论文
[1]含衍射元件的高功率激光装置中的鬼像分析[D]. 留浩飞.浙江大学 2006
本文编号：3627619
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