折_衍混合的红外双视场光学系统设计

折衍混合光学系统光学系统是指利用光学元件（如透镜、棱镜、反射镜等）对光进行控制和处理的装置。

而折衍混合光学系统则是指将折射和衍射两种光学现象结合起来的一种光学系统。

折衍混合光学系统的出现，使得光学系统的应用领域得到了拓展，并且能够更好地满足实际需求。

折衍混合光学系统的原理基于折射和衍射这两种不同的光学现象。

折射是光从一种介质传播到另一种介质时发生的偏折现象，而衍射是光通过物体的小孔或细缝时发生的偏折现象。

这两种现象在光学系统中有着不同的应用。

折衍混合光学系统的设计和优化需要考虑到两种现象的相互影响。

在实际应用中，我们常常需要通过透镜将光聚焦到一个点上，以实现光的集中和聚焦。

而透镜的设计中，折射现象起到了关键作用。

通过折射，光线可以在透镜内部发生偏折，从而实现光的聚焦。

然而，在光线通过透镜的过程中，也会发生衍射现象。

这时，光线会在透镜的边缘发生衍射，从而产生衍射光斑。

这种衍射光斑会对光学系统的成像效果产生影响。

为了优化折衍混合光学系统的性能，我们需要对光学元件进行精确的设计和调整。

首先，我们需要选择合适的透镜材料和形状，以实现所需的折射效果。

其次，我们需要根据光的波长和透镜的参数，来计算衍射效应的影响。

通过合理地调整透镜的参数，我们可以减小衍射光斑的大小，并提高光学系统的成像质量。

折衍混合光学系统在实际应用中有着广泛的应用。

例如，在天文望远镜中，为了观测远距离的天体，我们需要使用大口径的望远镜镜头进行光的收集和聚焦。

然而，由于大口径的镜头会引入较大的衍射效应，从而影响成像质量。

为了解决这个问题，我们可以采用折衍混合光学系统，通过合理地设计和优化透镜参数，来减小衍射效应，从而提高望远镜的成像质量。

折衍混合光学系统还在激光加工、光通信等领域有着重要的应用。

在激光加工中，为了实现高精度的加工效果，我们需要将激光束聚焦到一个小点上。

然而，由于激光本身具有较小的波长，因此会引入较大的衍射效应。

通过采用折衍混合光学系统，我们可以减小衍射效应，从而实现更精确的激光加工效果。

轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计牟蒙;牟达;马军;李卓【摘要】由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统。

而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化。

依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、结构紧凑、体积小的红外中波摄远物镜，其摄远比可达到0.6。

系统参数如下：工作波段为3～5m，焦距150 mm，F数为3，工作温度为－40℃～60℃。

设计结果显示，该系统仅采用3片透镜并利用衍射元件消热差完成了无热化的要求，减少了系统的成本及重量，传递函数在17 lp/mm处均在0.8以上，与衍射极限十分接近，满足在宽温度范围内工作成像质量高及系统小型化的要求。

%Infrared system has many advantages, such as recognizing camouflage, working all day, passive work and so on, so it is widely used in tracking and searching systems. However, these systems require that the infrared optical system has clear image, compact structure and can adapt to large temperature variations. According to the optical passive athermalized methods, a mid-wave infrared telephoto lens is designed. It can work in a wide temperature range, has excellent image quality, compact structure, and small volume. The telephoto ratio can reach 0.6. The parameters of system are as follows:working band is 3-5m, focal length is 150 mm, F number is 3, and the working temperature is -40℃-60℃. The results show that the system only uses three lenses and diffractive elements to achieve athermalization requirements. It reduces cost and weight of the system, modulation transfer function is above 0.8 at17 lp/mm and close to the diffraction limit. It achieves the requirements that have excellent image quality over a wide temperature range and miniaturization.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P387-391)【关键词】红外中波摄远物镜;无热化设计;折衍射混合系统;结构紧凑【作者】牟蒙;牟达;马军;李卓【作者单位】长春理工大学现代光学测试实验室，吉林长春 130022;长春理工大学现代光学测试实验室，吉林长春 130022;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130022;长春理工大学现代光学测试实验室，吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TN216由于红外具有可以实现远距离、全天候观察、被动接收信息隐蔽性好等优点，这些特点特别适合在军事领域的应用，因此，各国都以巨额投资竞相开展红外这一领域的研究工作。

采用衍射元件实现消热差的中波红外光学系统李升辉杨长城摘要：研究了衍射光学元件的温度特性以及混合红外光学系统的消热差设计方法。

设计了工作在 3.7 ～4.8 μm、视场 4.5 °、具有100%冷光阑效率的折射/ 衍射混合红外光学系统。

该系统在-30 ～70℃温度范围内成像质量接近衍射极限。

用金刚石车削的方法在锗透镜的二次曲面基地上加工了衍射面，通过轮廓仪对衍射元件的面形进行了检测。

给出了折衍射混合系统的传递函数测试结果，表明此衍射元件在成像系统中具有较好的消色差和消热差特性，满足了系统的设计要求。

关键词：衍射光学；消热差；消色差；红外光学系统1 引言军用红外光学系统通常要求在－30～70℃的温度范围内有稳定的光学性能，而大部分红外光学材料具有很高的光热膨胀系数，随着环境温度的变化，红外光学材料的折射率、光学元件的曲率和厚度、零件间隔等都会发生变化，使红外光学系统产生热离焦，导致成像质量变差，因此消热差红外光学系统成为目前高精度红外系统研究的一个重要方向。

红外光学系统消热差设计一般是利用机械、光学、电子等技术，使红外系统在较大的温度范围内保持成像质量的稳定，通常有三种方法[1]：机电主动式、机械被动式、光学被动式等。

机电主动式和机械被动式虽然实现容易，但增加了系统尺寸和重量，并且调节精度要求高，容易造成光轴晃动而带来瞄准误差；光学被动式消热差系统具有尺寸小、重量轻、结构简单、光轴稳定、可靠性高等优点。

全折射元件组成的光学被动式消热差系统，至少需要三种以上的材料，且系统比较复杂[2]。

而衍射光学元件具有独特的温度特性和色散特性，因此采用衍射光学元件的混合红外光学系统能够用更简单的结构实现消热差设计[3 ～5]。

本文用硅和锗两种材料设计了二次成像的折/ 衍混合消热差红外光学系统, 其在-30 ～70℃温度范围内成像质量接近衍射极限、有100%冷光栏效率、结构简单、符合现代高精度红外光学系统的发展要求。

红外折衍混合摄远光学系统无热化设计张婉怡【摘要】为了提高远距离红外目标的探测能力,针对640 pixel×512 pixel红外CCD探测器,分析温度变化对光学系统的影响,设计出一种波长范围为8 μm~12 μm红外摄远物镜.系统采用折衍混合结构形式,焦距为200 mm,相对孔径为1:2.2,视场角为7°,具有体积小,结构紧凑的优点.仅使用硫化锌、硒化锌和锗3种材料以及4片透镜实现了无热化设计.应用Zemax对设计结果进行像质评价,在-40 ℃~+60 ℃工作温度范围内,截止频率为17 lp/mm时各视场调制传递函数值超过0.4,达到衍射极限,像面稳定,80%的能量集中在1个像元内,满足光学系统的设计要求.%In order to improve target detection ability of IR images in long range effectively, an infrared telephoto objective for 8 μm~12 μm wave-band is designed for 640 pixel×512 pixel infrared CCD det ector.Effects of surrounding environmental temperature are analyzed and refractive diffractive hybrid thermal compensation is discussed.Focal length of the system is 200 mm, relative aperture is 1:2.2 and field of view is 7°.Infrared telephoto system with small volume and compact structure is designed in a large range of temperature.The system is composed of four lenses with only three materials of zinc sulfide, zinc selenide and germanium to compensate for the temperature.Image quality of the system is evaluated by ZEMAX optical design software.Results show that modulation transfer function (MTF) for each field of view at cut-off frequency of 17 lp/mm is greater than 0.4 which approaches diffraction limit.Root mean square radius of spot diagram for each field of view is close to Airy diskradius.Telephoto objective has favorable performance at working temperature of-40 ℃~+60 ℃.The system meets the requirements of technical specification.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】7页(P12-18)【关键词】红外摄远物镜;光学设计;折衍混合;无热化;目标探测【作者】张婉怡【作者单位】长春理工大学光电信息学院,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TN219近年来红外成像技术已成为目标探测技术发展的方向之一，低成本的非制冷热成像技术也随着红外热成像技术发展起来。