使用正交种子曲线扩展算法设计自由曲面离轴反射无焦系统

"本文主要介绍了基于正交种子曲线扩展算法（OSCE）设计自由曲面离轴反射无焦光学系统的方法。离轴反射无焦系统在空间望远镜等应用中具有重要意义，而自由曲面则能有效校正非对称像差。OSCE算法能直接生成此类系统的初始结构。通过设计放大倍率为10和20的离轴无焦三反和四反系统，并对其优化，验证了该算法的可行性，优化后系统波前差小于0.02λ，表明设计效果优良。" 正交种子曲线扩展算法（OSCE）是一种创新的设计方法，专用于构建自由曲面离轴反射无焦系统的初始结构。在光学系统设计中，初始结构的选择至关重要，因为它直接影响到后续优化的效率和最终的光学性能。离轴反射无焦系统由于其独特的光学特性，如消除焦点、减少像差等，在空间望远镜等领域有广泛应用。 自由曲面光学元件是现代光学设计中的一种重要工具，它们可以更灵活地纠正各种像差，特别是对于离轴系统中的非对称像差。传统的光学设计方法可能难以处理这些复杂情况，而OSCE算法提供了一种直接且有效的解决方案。通过该算法，设计者能够快速生成满足特定需求的自由曲面形状，从而构建出高性能的离轴反射无焦系统。 实验部分，作者设计了两种不同放大倍率（10和20）的离轴无焦系统，分别是三反和四反系统。在初始设计阶段，离轴三反系统与四反系统的RMS波前差分别为0.36λ和0.18λ，表明初始结构已经具备较好的光学性能。进一步的优化过程将这些初始结构的波前差降低到小于0.02λ，这证明了OSCE算法在创建高质量初始结构方面的有效性，并且经过优化后系统的像质显著提高。 基于正交种子曲线扩展算法的自由曲面离轴反射无焦系统设计方法为高精度光学系统设计提供了新的途径。这种方法不仅简化了设计流程，还确保了初始结构的优良光学性能，有助于实现更为复杂的光学系统设计，特别是在对像差控制要求极高的空间望远镜应用中。未来的研究可以进一步探讨OSCE算法在更多复杂光学系统设计中的潜力，以及如何将其与其他优化技术结合，以实现更优的光学性能。