光纤积分视场单元微透镜端的设计与性能研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：理学硕士学位论文光纤积分视场单元微透镜端的设计与性能研究硕士研究生：赵丽媛指导教师：孙伟民教授学科、专业：光学论文主审人：耿涛教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：理学硕士学位论文光纤积分视场单元微透镜端的设计与性能研究硕士研究生：赵丽媛指导教师：孙伟民教授学位级别：理学硕士学科、专业：光学所在单位：理学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.SciRe

2、searchonDesignandPerformanceofMicroLensinFiberIntegralFieldUnitCandidate:ZhaoLiyuanSupervisor:Professor.SunWeiminAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceEngineeringField:OpticsDateofSubmission:December,2017DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工

3、程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论

4、文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要在发展迅猛的天文天体三维观测中基于积分视场单元（IFU，IntegralFieldUnit）的光谱成像技术被广泛高度关注。I

5、FU想要同时获得二维目标的三维光谱信息仅需要单次曝光，其性能优势是测量精度高，高效率检测目标，且环境因素对其限制小。根据IFU的构成类型进行分类可以分为微透镜阵列型、微透镜加光纤束阵列型和像切分器型三种。论文中关注的是优势最明显也最有效果的微透镜加光纤束阵列型IFU。IFU能够实现将FASOT系统望远镜焦面处的光信息整合输入光谱测试仪中进行检测分析的过程，因此其本身的性能会对整个观测结果产生巨大的影响。论文选择制作的是微透镜加光纤束类型的IFU，所选取的光纤的通光效率、焦比退化程度以及微透镜和光纤之间耦合情况三个方面都是其损耗产生的原因。光纤的焦比指的入

6、射或出射光线与中轴之间的夹角，理想假设中光纤两端的焦比是相等的，但是由于环境影响和光纤材料的属性原因出射光线角度会变大，出射光斑弥散造成焦比减小，这一现象称为焦比退化。严重的焦比退化会使图像失真，造成光损失，在大型IFU系统中经常会使用大量光纤，焦比退化会使系统产生巨大的误差，影响结果的真实性。而IFU系统作为传递信息数据的光学器件同样需要良好的通光率，最大限度的接收来自望远镜的光信息，在损耗最小的情况下传递至光谱分析仪当中，保证数据的完整性。单独使用光纤也能够独立成为一套IFU系统，但是光纤之间存在间隙以及光纤的圆形结构会令接收面存在暗区，导致IFU的

7、收光效率极低，因此论文选择使用微透镜对光束进行会聚，将光纤束端面放置于微透镜焦面处，这一结构大大提高了光纤的收光率，避免了因信息获取不全造成的损耗。由于微透镜和光纤束物质体积较小，所以在二者进行耦合时细微的偏差都会导致损耗的产生，论文中对三种类型的偏差进行了逐一讨论，得出侧向偏移会导致更大的误差产生。为了避免以上三种情况对系统的影响，选择特制微透镜和光纤来保证材料本身的良好性质，设计了独特的小孔结构提高光纤束阵列的制作效率以及独特的十字标记降低微透镜与光纤束阵列的对准误差。本论文中设计和制作的IFU参数标准符合FASOT系统的要求。在满足测量精度、传输效

8、率和出射焦比的情况下，更快捷更准确的完成了11×11×2规格的IFU，其系统性能