薄膜衍射成像系统设计与分析.pdf

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1、硕士学位论文薄膜衍射成像系统设计与分析DESIGNANDANALYSISOFMEMBRANEDIFFFRACTIVEIMAGINGSYSTEM刘骏鹏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TTP702学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工程硕士学位论文薄膜衍射成像系统设计与分析硕士研究生:：刘骏鹏导师:：谭凡教申请学位:：工程硕士学科:：光学工程所在单位:：航天学院答辩日期:：2018年6月授予学位单位:：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP702U.D.C:620Dissertationfort

2、heMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDANALYSISOFMEMBRANEDIFFFRACTIVEIMAGINGSYSTEMCandidate:LiuJunpengSupervisor:TanFanjiaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:OpticalEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauticDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Ins

3、titution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在航天技术进步的推动下，近年来空间遥感技术发展迅速，在对地观测、空间科学研究、资源环境监测以及军事等诸多应用领域，空间光学遥感系统的使用取得了显著效果。为获得地面更细节的信息，光学系统的空间分辨率需要进一步提高。轨道高度一定时，需要更高的角分辨率。然而在光的波动特性制约下，系统孔径和工作波长决定了光学系统角分辨率。在工作波段确定的前提下，只能扩大系统口径，以达到系统的分辨细节能力的提高。传统光学系统受到体积、重量、材料、加工、

4、发射能力等因素的制约，无法实现空间高分辨率成像系统。薄膜衍射相结合是实现空间大口径高分辨率的可行技术途径之一。本文研究衍射成像原理的基础上，开展系统方案设计的探索和系统成像质量的分析，为薄膜衍射技术的空间应用提供技术方案和可行性分析验证。首先基于标量衍射理论，分析了衍射成像系统光焦度、衍射效率、色差等光学特性；基于多级位相光栅对衍射光学元件的衍射效率进行建模，分析建立了衍射光学元件的成像特性认知；在此基础上建立了衍射效率对MTF的影响分析模型；最后，对衍射成像系统的色差特性进行了分析，并提出了采用Schupmann消色差模型的校正

5、方法，并对Schupmann模型的参数关系进行了推导。然后根据Schupmann色差消除模型进行薄膜衍射成像系统设计，首先设计了拼接薄膜衍射主镜，然后设计了系统的初始结构，并给出系统的初始结构参数，最后对系统设计参数进行了优化设计。最后利用本文建立的像质分析模型与方法，对本文设计的薄膜衍射成像系统的像质进行了分析。并对设计的薄膜衍射成像系统进行了公差分析，对包括衍射物镜的加工误差，衍射物镜与后端镜组的装调误差，以及衍射物镜拼接误差进行了分析。本文在深入分析薄膜衍射光学系统成像特性的基础上，设计得到了高成像质量的大口径空间薄膜衍射光

6、学系统，并对系统的成像质量和公差进行了分析。分析结果表明，本文建立的模型与方法可用于支持薄膜衍射光学系统成像特性分析与系统优化设计，本文设计的系统可以满足空间大口径光学信息获取处理应用，相关的模型和设计结果可为空间薄膜衍射光学系统的设计与应用提供参考。关键词：薄膜衍射光学系统；衍射效率；光学设计；像质分析；公差分析-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththeadvancementofspacetechnology,spaceremotesensingtechnologyhasbeendevelopingrap

7、idlyinrecentyears.Theuseofspaceopticalremotesensingsystemhasachievedremarkableresultsinmanyapplications,suchasmeteorologicalobservation,astronomicalobservation,naturalresourceexplorationandmilitaryreconnaissance.Inordertogetmoredetailedinformationontheground,thespatia

8、lresolutionofopticalsystemneedsfurtherimprovement.Ahigherangularresolutionisrequiredwhentheorbitheightisconstant.However,und