柔性压圈在红外光学被动无热化中的优化设计与性能提升

本文主要探讨了挠性压圈在红外光学系统的被动式无热化中的应用。被动式无热化是一种重要的光学设计策略，旨在减少由于温度变化导致的光学系统性能波动。挠性压圈作为一种关键的光机结构元素，其设计和分析对于实现这一目标至关重要。 文章首先介绍了挠性压圈的基本概念，它是通过柔性材料制成，能够在温度变化时通过自身的形状变化来补偿透镜的热膨胀，从而保持光学系统的稳定性。作者选择了两种常见的挠性压圈进行热变形分析，对比了它们在不同温度下的性能，以评估其在无热化设计中的潜在效果。 接着，研究者构建了有限元分析模型，深入研究了挠性压圈结构参数对透镜表面接触应力的影响。他们发现，挠性压圈的设计可以显著降低透镜在温度变化时的接触应力，这对于减小光学系统的像面畸变和提高图像质量具有重要意义。同时，通过优化挠性压圈的材料选择，可以进一步增强其在极端温度条件下的性能稳定性。 在单透镜组件的设计中，文章强调了挠性结构的应用，它能够在保持光学系统稳定的同时，为镜座材料的选择提供了更大的灵活性。这不仅有助于减轻系统的重量，还降低了对特定材料的依赖，增加了设计的适应性和经济性。 最后，研究者将挠性压圈应用到三片式透镜的光学系统中，通过计算和分析，结果显示，与传统的刚性压圈相比，当调制传递函数（MTF）的空间频率为10 lp/mm时，挠性压圈可以显著提升系统的MTF性能，使之在60℃和-20℃的温度变化下，像面离焦量分别减少到1.261 mm和-1.563 mm，远优于普通压圈的4.765 mm和-6.312 mm。这充分证明了挠性压圈在被动式无热化中的实际应用价值，基本满足了红外光学系统对于无热化设计的要求。 总结来说，这篇论文通过对挠性压圈的理论介绍、分析模型建立以及具体应用案例的研究，展示了挠性压圈在被动式红外光学系统热管理中的核心作用，为优化光学系统设计提供了有力的技术支持。