双层谐衍射元件优化的双波段红外光学系统设计

"本文介绍了一种双层谐衍射双波段红外消热差光学系统的设计，该系统针对3~5 μm和8~12 μm两个红外波段，具有F数为1.2的大相对孔径。设计中考虑了全视场22°、有效焦距50 mm和系统总长度78 mm的规格，采用锗和AMTIR I两种材料制作三片镜结构。通过应用双层谐衍射元件，不仅提高了衍射效率，还有效地减少了色差，同时减轻了系统的重量。系统在-40℃到60℃的温度范围内性能稳定，适合配备25 μm像素尺寸、640 pixel×480 pixel的双波段焦平面阵列探测器。在尼奎斯特频率为20 lp/mm的情况下，无论温度如何变化，MTF值均保持在0.5以上，确保了良好的成像质量，实现了消热差设计。该系统在2 km的作用距离下，能分辨3 m范围内的目标，满足军事侦察任务的要求。" 本文详细探讨了光学设计中的一个重要领域——双波段红外消热差光学系统。设计者张欣婷和安志勇提出了一个创新方案，旨在实现高效、轻量化且色差小的红外光学系统。他们选择了具有不同光学特性的锗和AMTIR I材料来构建三片镜结构，这有助于优化系统的整体性能。引入双层谐衍射元件是设计的关键，它能显著提升衍射效率，从而改善光能利用率，同时减少由于材料折射率随波长变化导致的色散问题。 系统的光学性能经过了全面的分析和验证。在指定的温度范围内，系统保持了良好的稳定性，这对于实际应用中的环境适应性至关重要。配合高分辨率的双波段探测器，系统能够在各种温度条件下提供清晰的图像，其MTF值的优良表现证明了系统的成像质量。此外，设计的系统在远距离侦察中表现出色，能够精确识别出远距离目标，这对于军事和其他远程监测应用具有极大的价值。 这篇论文详细介绍了一个双层谐衍射双波段红外消热差光学系统的设计过程和性能优势，为红外光学系统的设计提供了新的思路和技术参考，对于推动红外成像技术的发展和应用具有积极意义。