摘要：为满足航天应用中仪器小型和轻量化、大视场的观测要求,通过分析现有Offner成像光谱仪,给出了一种简单的采用凸面光栅设计成像光谱仪的方法。并据此方法设计了一应用于400km高度,波段范围为0.4～1μm,焦距为720mm,F数为5,全视场大小为4.3°的分视场成像光谱仪系统。分视场采用光纤将望远系统的细长像面连接到光谱仪的三个不同狭缝而实现。三狭缝光谱面共用一个像元数为1 024×1 024,像元大小18μm×18μm的CCD探测器。通过ZEMAX软件优化和公差分析后,系统在***-1处MTF优于0.62,光谱分辨率优于5nm,地面分辨率小于10m,能很好的满足大视场应用要求,该光学系统刈幅宽度相当于国内已研制成功的同类最好仪器的三倍。

摘要：光栅作为小型光谱仪器分光系统的核心,采用不同种类的光栅制作分光仪器时其结构形式也不尽相同。文中为设计一个工作波段在340～800nm,分辨率优于15nm,谱面长度28.71mm的比色仪光学系统,通过对比常见光谱仪结构的优缺点,选择平场凹面光栅作为最终的结构形式,采用长波通滤光片实现对二级光谱重叠的消除,并对比色仪光源系统进行设计,平场凹面光栅光学系统分辨率优于10nm,全系统大小约为190mm×15mm×60mm的光学装置,平场凹面光栅采用市场现有的光栅。不仅满足设计要求,而且元件较少,有利于装调和批量化生产。

摘要：捕获是激光通信建立的必要手段,为探索通信中光学系统各像差对捕获性能的影响,从信标光传输过程和激光通信像质评价方式出发,分析了单色像差均方根小于0.2λ时对捕获质心处光强的影响,采用质心和加权质心方法计算了彗差、倾斜(畸变)所造成的捕获偏差;同时分析了各种单色像差之间对质心光强、捕获偏差的补偿关系。分析表明离焦能对球差、像散造成的质心光强下降有较好的补偿作用,畸变产生的捕获偏差可以用彗差进行完全补偿。采用Zemax软件设计了卡塞格林式和离轴三反(TMA)通信天线系统,利用该方法计算了在视场小于0.3°、像差综合作用时捕获的质心光强和引入的捕获偏差。计算结果很好地验证了分析结论,这些结论对空间激光天线选型、像质优化策略具有一定的借鉴作用。

摘要：受空间所限,激光通信地面测试平台与被测终端之间的距离远小于实际通信距离,导致测试平台光机等器件产生的后向散射杂光进入被测终端,从而严重影响被测终端的测试性能。从被测终端与测试平台间的光学干扰问题出发,本文研究了被测终端与测试平台间隔离度的关系,分别设计了卡塞格林和离轴三反光学天线,并根据杂散光传输模型,采用杂散光分析软件分析了光学天线结构形式及表面粗糙度两方面对隔离度的影响。分析结果表明,采用离轴三反光学天线时的隔离度明显高于卡塞格林光学天线,且隔离度随着光学表面粗糙度的减小而增大,当光学表面的粗糙度达到0.892 nm时,隔离度可达-86.22 dB。最后,推导了ABg模型与Harvey模型参数间的关系,并根据粗糙度与TIS计算公式,得出粗糙度分别为0.7 nm及0.5 nm的ABg模型参数,它们的终端间隔离度分别为-94.39 dB和-97.3 dB,实现了-90 dB的隔离度指标。

摘要：为满足星载高光谱成像的需要,通过分析实际星载成像光谱仪应用需求,确定了光学设计的指标。设计中,使用方形孔径代替圆形孔径,采用双胶合棱镜和单棱镜作为分光元件分别设计可见近红外(VNIR)和短波红外(SWIR)光谱仪,并利用远心离轴三反结构设计望远物镜;分析了双胶合棱镜校正色散非线性的原理,利用光学软件Zemax分别设计了望远物镜和光谱仪系统,并采用沿轨方向视场分离的方法实现了SWIR和VNIR的分别成像。对光学系统的整体分析结果表明,该系统能够满足光谱分辨率和地面分辨率指标的要求,方形尺寸不仅可减小成像光谱仪的纵向尺寸,更有助于对像差的校正,利于实际工程应用。对VNIR波段色散结果的分析表明胶合棱镜能够很好地校正棱镜色散非线性。

摘要：为了能够在实验室内真实模拟激光通信光束在星间链路中的传输过程,评估通信终端通信性能。首先对通信光束的传输过程进行了分析,研究了激光通信光束传输和光学级联放大中心取样之间的关系;接着,采用物理光学的方法,利用放大倍率和传输距离之间的关系设计了一可应用于不同通信波长和通信距离测试的链路模拟系统;然后,对研制的设备进行测试分析和标定,并对放大倍率和能量衰减之间的关系进行分析;最后,讨论了该设备对于空间激光传输模拟距离精度的模拟情况。结果表明:系统能够模拟100 000 km以内的激光通信终端,对于距离的模拟精度约在4%以内,稳定性在2%以内,满足大多数情况下通信终端的测试要求。

摘要：为满足偏振光谱成像探测中对于大视场、宽谱段技术要求,设计了一种基于偏振强度调制技术(PSIM)的宽谱段大视场偏振光谱成像仪。针对前置望远镜组,文中对现有国内玻璃材料消色差分析,优选了可见至短波红外的复消色差玻璃,通过控制镜组中PSIM模块光线角度,实现大视场内在PSIM模块上的入射角度需求。结合分析结果,采用光学设计软件优化设计。设计结果表明,前置望远系统能够实现波段为400~1 700 nm,视场角为72°,焦距为20 mm, F数为4的高质量成像,全谱段内探测器截止频率处传递函数优于0.4, PSIM模块上最大入射角度为±4.99°,有效保证了各视场内偏振调制的一致性。后置光谱分光系统采用基于Offner结构的凸面光栅,优化结果显示各波段点列图均小于一个像元,在探测器奈奎斯特频率处中心波长的MTF达到0.6,各项指标均满足设计要求。本文对于基于PSIM宽谱段偏振光谱成像仪器的工程化具有很重要的现实意义,对宽谱段光学系统消色差设计也具有一定指导意义。

摘要：为实现成像光谱仪系统的直视性和小型化特点,设计一种棱镜-光栅-棱镜(PGP)结合式元件,作为分光系统的成像光谱仪光学系统装置。系统主要包括PGP分光原件、准直系统、成像系统和接收系统。光栅采用体全息相位光栅,可以获得很高的衍射效率,准直和成像镜采用对称式结构,可以有效地消垂轴像差。根据实际指标探测器像元尺寸为20μm×20μm,像元数为512×512,采用双像元合并方法,光谱通道数为148个,狭缝大小为10.2mm×10.2mm,波段在400nm～800nm,物方数值孔径为0.15。分析了PGP光谱成像系统的原理、特点,对参数关系和体全息相位型光栅的衍射效率进行了详细的讨论。分析结果表明:PGP元件在整个光谱范围内理论衍射效率大于0.6,采用ZEMAX软件进行优化设计,得到系统的平均光谱分辨率优于3nm,在截止频率处平均传递数大于0.7,系统总长90mm。

摘要：为准确方便获取4个波长相关的斯托克斯参量,可采用强度调制型偏振光谱成像技术,从偏振光谱强度调制理论与傅里叶变换解调方法入手分析推导计算了偏振光谱信息的复原过程,据此得到了系统的基本结构。以模块化设计的思路分别设计了光谱部分光学系统的前置望远物镜及Offner分光系统,设计结果实现了在400～1 000 nm谱段光谱分辨率1.24 nm,并结合光谱系统参数匹配设计完成了前端偏振光谱调制模块,给出了一套完整的设计实例。最后通过实验验证了偏振光谱调制模块设计的合理性与傅里叶变换解调方法的可行性,为偏振光谱信息复原奠定了基础。

摘要：光纤传像模块是大视场天基望远镜关键部件之一,其支撑结构的刚度特性对于物镜的工作寿命有至关重要的影响。为了在振动载荷作用下,在保证物镜寿命的同时降低支撑结构的重量,在拓扑优化的基础上,以光学玻璃惰性强度和结构基频为优化约束对光纤传像模块支撑结构进行了优化。首先,阐述了光学元件惰性强度的计算方法并确定了优化过程中耦合光纤的同心物镜惰性强度的边界值;其次,根据系统参数确定了光纤束的布局并设计了初始支撑结构;最后,在拓扑优化的基础上,建立了以耦合光纤的同心物镜惰性强度和支撑结构基频为优化约束的集成优化模型,并利用isight集成优化平台进行了计算。计算结果表明:在满足优化约束的情况下,优化后的质量降低了11.4%,取得了明显的减重效果。提出的优化方法为物镜与光纤束耦合类的光机结构设计提供了参考。