中波红外折衍光学系统消热差设计与杂光分析

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1、第31卷第5期应用光学Vo1．31No．52010年9月JournalofAppliedOpticsSep．2010文章编号：1002—2082(2010)05—0833—05中波红外折衍光学系统消热差设计与杂光分析林福跳，刘朝晖(1．中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安710119；2．中国科学院研究生院，北京100039)摘要：论述了红外折衍混合消热差光学系统的设计原理与方法，利用衍射光学元件特性进行消热差与色差，设计出工作波段为3．5m～5．2

2、um、F数为2、焦距为100mm、全视场角7。，具有100冷屏效率的折衍混合消热差光学系统。对系统进行杂光分析，理

3、想成像光线的像面辐照度为1．5×10w／m，其他非成像光线的像面辐照度为2W／m。。该系统在一5O℃～8O℃的温度范围内成像质量接近衍射极限，适用于像元尺寸为30m、像元数320×256的致冷型红外焦平面阵列探测器。关键词：消热差；衍射光学；光学设计；中波红外中图分类号：TN21文献标志码：AMWIRrefractive／diffractivehybridathermalopticalsystemanditsstraylightanalysisLINFU—tiao一，LIUZhao—hui(1．Xi’anInstituteofOpticsandPrecisionMech

4、anics，ChineseAcademyofScience，Xi’an710119，China；2．GraduateSchool，ChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China)Abstract：Theconceptanddesignofinfraredhybriddiffractive／refractiveathermalizedopticalsystemaredescribed．Adiffractiveopticalelementisusedtoathermalizeandachromatizetheopticalsyste

5、m．Ahybridopticalsystemoperatingat3．5m～5．2mwavebandandthetemperaturerangeof一5O～8O℃isdesigned．Thesystemparametersincludeafocallengthof100mm，F／#2，andFOVof±3．5。，anditachieves100coldshieldefficiency．Thesystemstraylightisanalyzed。andtheirradiancesofthedesiredlightandthestaylightare1．5×1OW／mand

6、2W／mrespectively．Theimagequalityachievedinthetemperaturerangeof一5O℃～8O℃approachesthediffractionlimitation．ItisapplicabletoacooledFPAdetectorwiththeformatof320×256andthepixelpitchof30“m．Keywords：athermalisation；diffractiveoptics；opticaldesign；MWIR引言对孔径且无中心遮拦[2]，因此选择了全折射式系现代军事和空间探测要求很多红外光学

7、系统统。为使红外光学系统对弱信号探测时具有较强的能够在各种复杂的环境中稳定工作，要求其光学系抑制杂光能力，需要有100的冷光栏效率口]。衍射统在某温度范围内具有稳定的性能和良好的成像光学元件由于其自身的温度特性和色散特性，使其质量Ⅲ，这需要进行光学系统的无热化设计。这要应用于红外光学系统中，进行折衍混合光系统设求系统具有高的探测能力，光学系统要具有大的相计，既达到消热差设计的效果，又使系统结构紧凑、收稿日期：2010—04—01；修回日期：2010—05—12作者简介：林福跳(1982一)，男，浙江人，硕士研究生，主要从事红外光学系统设计及杂散光分析与研究。·834·应

8、用光学2o10，31(5)林福跳，等：中波红外折衍光学系统消热差设计与杂光分析体积小、重量轻[4]。1．2折、衍射元件的色散特性利用衍射元件的特性设计出了3．5m～材料的折射率随着波长的变化而变化称为材5．2m波段的折衍混合光学系统，焦距100mm、F料的色散，按照光学材料色散的定义，折射元件的数为2、全视场角7。、有100％冷光栏效率。该系统在阿贝常数一50℃～80℃的温度范围内成像质量接近衍射极n~-1(一————b一)—限，且结构紧凑、体积小、质量轻，适用于像元尺寸H式中，zn一，z分别为短波、中波、长波时介质的折为30m、像元数3