薄膜衍射成像系统高级衍射光的仿真分析

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1、硕士学位论文薄膜衍射成像系统高级衍射光的仿真分析SIMULATIONANDANALYSISOFTHEHIGH-ORDERDIFFRACTIONOFLIGHTOFDIFFRACTIVEMEMBRANEOPTICALIMAGINGSYSTEM唐洪浪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP703学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文薄膜衍射成像系统高级衍射光的仿真分析硕士研究生:唐洪浪：导师:任智斌：申请学位:工：学硕士学科:光学工程：所在单位:航天学院：答辩日期

2、:2018：年6月授予学位单位:哈尔滨工业大学：ClassifiedIndex:TP703U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONANDANALYSISOFTHEHIGH-ORDERDIFFRACTIONOFLIGHTOFDIFFRACTIVEMEMBRANEOPTICALIMAGINGSYSTEMCandidate:TangHonglangSupervisor:RenZhibinAcademicDegreeAp

3、pliedfor:AcademicMasterSpeciality:OpticalEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauticDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高分辨率地球静止轨道遥感卫星已成为航空大国激烈竞争的新高地。美国MOIRE项目从2010年开始实施，与各国展开激烈竞争，但至今仍在筹备发射中

4、。2015年12月，中国成功发射历史性高分4号卫星。这是世界上第一颗地球静止轨道光学遥感卫星，不仅大大提高了中国的空间监测能力，同时也标志着中国在这场重要的太空角逐中名列第一。论文首先阐述了本文研究的背景，在此基础上引出了本文研究的目的和意义——分析并有效抑制薄膜衍射成像系统高级衍射光，避免或减少其对系统成像性能的影响。其次，论文介绍了薄膜衍射成像系统的发展史，并阐述了过去研究工作中存在的主要问题——主要对主镜的成像光线进行研究，而对于衍射元件的高级衍射光对成像系统的影响尚未充分考虑。基于上述问

5、题，本文介绍了一个使用衍射光学元件作为主镜和校正镜的完整光学成像系统。另外，定量导出阶梯式衍射元件的高级衍射光的衍射效率，并给出解析解。同时，对于系统中使用的衍射光学元件的主镜和校正镜，分析了其成像特性和高级衍射特性。基于以上分析，衍射光学元件的高级衍射杂散光被有效地抑制。论文还对系统的其他杂光，太阳辐射和反射镜造成的杂光进行了分析，并有效地抑制。论文的一项重要工作是，实现了从Zemax向ASAP导入非衍射光学元件的方法和在ASAP中直接设计衍射光学元件的方法。同时，实现了在ASAP中对整个系统

6、的仿真。论文的另一项重要工作是，实现了在同一个系统中同时对各级衍射光进行仿真的方法，即在不同的环带设计不同的衍射级次，环带划分越多越细，则仿真效果越好。在使用该方法进行仿真时，需考虑边界条件，即两个内外边缘环带需设定特定的环带满足杂光分析需要。具体地，内边缘环带需设定为二级衍射光，外边缘环带需设定为一级衍射光。关键词：薄膜主镜；衍射光学；成像系统；高级衍射光；杂光分析I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractHighresolutiongeostationaryorbitremotesen

7、singsatellitehasbecomeanewcompetitivefieldforaerospacegiants.AmericanMembraneOpticalImagingReal-timeExploitation(MOIRE)projecthasbeenputintooperationsince2010,competingwithothersseriously,andisstillbeingpreparedforlaunch.InDecember2015,Chinasuccessfu

8、llylaunchedthehistorichigh-resolution4satellite.Thisistheworld'sfirstgeostationaryorbitopticalremotesensingsatellite,whichnotonlygreatlyimprovesChina'sabilitytomonitorspace,butalsomarksChina'sfirstplaceinthisimportantspacerace.Thepaperfirstexpoundsth