折/衍混合消热差红外保形光学系统设计

"无热化保形光学系统设计 (2016年)，作者：武伟，潘国庆，孙金霞，发表于《航空科技》2016年第1期，DOI:10.19297/j.cnki.41－1228/tj.2016.01.010，关键词包括保形光学，消热差设计，Wassermann-Wolf方程，折/衍混合结构。" 本文探讨的是一个关键的红外光学系统设计问题，即如何消除温度变化对像质的影响。在航空航天领域，光学系统常常暴露在宽范围的温度环境中，这会导致材料的热膨胀和折射率的变化，进而影响成像质量。为解决这一问题，研究者提出了一个无热化保形光学系统的概念。 无热化设计是指使光学系统在温度变化时保持其像质不变的技术。在这个设计中，研究者选择了锗（Ge）、硫化锌（ZnS）和硒化锌（ZnSe）这三种材料，它们具有良好的热稳定性，并且可以根据消热差条件进行有效应用。这些材料的选取基于它们的光热特性，即在温度变化时其光学性能相对稳定。 文章中提到了折/衍混合消热差结构，这是一种结合折射和衍射光学元件的设计策略。折射元件用于基本的光线传播和聚焦，而衍射元件则利用光的波前特性来进一步校正像差。通过这种方式，可以更有效地控制和补偿由于温度变化导致的光学系统性能的波动。 为了优化系统性能，研究者还考虑了整流罩内表面的优化以及固定校正板的使用。整流罩是保护光学系统免受环境影响的外壳，其内表面的优化可能涉及反射率、表面粗糙度等参数的调整，以减少不必要的散射和吸收。固定校正板则用于进一步校正由于温度变化引起的像差。 通过软件分析，该系统在-40至60℃的温度范围内表现出色，各个视场的光学传递函数在17 lp/mm的空间频率下均大于0.45，这是一个衡量成像质量的重要指标。这表明设计满足了消热差和像差校正的要求，能够在广泛的温度变化下保持良好的成像性能。 这个设计展示了在极端环境下实现高性能红外光学系统的关键技术，对于提升航空制导武器和远程观测系统的光学性能有着重要的实践意义。同时，它也体现了光学材料选择、热光学设计以及光学元件优化等方面的专业知识。