摘要：本文采用Code V软件设计一种空间光学遥感系统,该系统的F数为2,入瞳直径为125mm,出瞳直径为39mm,畸变小于05,点列图均方根直径小于5μm。根据光学薄膜基础理论,设计出铝基碳化硅的表面镀镍后,波长1064±5nm处R>985%的反射膜。选择铝基碳化硅作为反射镜的基底材料,采用改性的镍层再镀反射膜的方法,在OZZSQ900型箱式真空镀膜机上完成了铝基碳化硅基底镀镍层铝膜的制备。采用岛津UV 2600i光谱仪对镀膜样品的反射光谱进行测试,测试结果满足设计要求。该研究具有重要的实际意义和工程价值。

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：为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰,研究了探测器分割噪声的来源,并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模,实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像,计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量,验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板,利用数值拟合方法,得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下,可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.

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：明确了几种三反和四反结构的性能优劣,进而获得一种性能优良的中高轨空间详查光学系统的设计方案。针对同一种光学设计技术指标,分析了空间详查相机的各项主要参数,利用Zemax光学设计软件设计了同轴三反射镜,一次中间像离轴三反射镜和无中间像离轴三反射镜3种三反光学系统以及同轴四反射镜,无中间像离轴四反射镜和一次中间像离轴四反射镜3种四反光学系统,均满足指标要求。对比了上述系统的优缺点,在综合考虑当前的光学加工、检测、装调的可行性以及高分辨力空间对地成像技术发展先进性的基础上,决定选用有一次中间像的离轴四反射镜光学系统作为最终方案,得到了有效焦距29 m,F数9.7,视场角1°×0.3°,外形尺寸3200 mm×6489 mm×8194 mm的空间详查相机光学系统。对该光学系统的性能进行了模拟和验证,结果表明该光学系统的分辨率、传递函数、像差、畸变等各项性能优异。

摘要：为了满足全景三维立体头盔显示器(HMD)对大视场(FOV)、小畸变、高分辨率以及轻量化的要求,设计了全景三维立体HMD的目视光学系统。采用4×3阵列式排列的12组相同的FOV角为33°×24°的高质量成像的目镜光学系统拼接成单眼目视光学系统,实现系统的大FOV设计。利用二元衍射面和非球面校正目镜光学系统的初、高级单色像差以及色差;使用有机光发射二极管(OLED)微显示器作为图像源,设计结果表明:单眼目视光学系统水平FOV达到120°,垂直FOV为60°,角分辨率为43pixel/(°);传递函数在45lp/mm处轴上FOV高于0.68,周边FOV高于0.45,系统畸变小于0.2%;系统的双目FOV为160°×60°,双目FOV重叠为80°×60°,系统重量约为91.2g。系统设计满足头盔显示光学系统的成像要求,并且实现了系统的轻量化以及低成本。

摘要：星敏感器镜头是星敏感器姿态轨道控制系统的重要组成部分,具有相对孔径大、工作谱段宽、绝对畸变低的特点。针对这些特点,在四反射镜初始结构的基础上,分析了镜头探测能力和相对孔径的关系,明确了镜头设计指标,利用非球面反射镜强大的像差校正能力,优化设计得到了全反射四反星敏感器镜头。设置镜头焦距170mm,轴向长度50mm,镜头F数2,等效入瞳直径51.2mm,圆视场±2.25°。镜头工作波段可由膜系决定,无色差,空间频率35lp/mm处传递函数优于0.6,畸变优于0.01%,弥散斑直径优于13μm,系统15μm范围内能量集中度优于80%,渐晕系数小于0.95。该镜头可用于亚像素精度的飞船姿态轨道控制系统,为星敏感器导航光学系统设计提供了参考。

摘要：为了解决光电成像设备对空间实际场景观测时提出的高动态范围要求,设计了一种新型的像元级光强调制的高动态范围成像系统。系统由成像物镜、折叠反射镜、二次成像转置物镜组成,采用TI公司的数字微镜阵列(DMD)作为光强调制器件,通过光瞳匹配原则使两个系统完美衔接,并利用二次成像系统实现DMD单元与图像传感器的像素一一对应,设计结果显示:在像面的Nyquist频率处,全视场的MTF≥0.55,弥散圆的直径小于CMOS图像传感器的像素尺寸,并且畸变等像差也校正良好。该方法不仅可以提高图像传感器的可探测动态范围,还能够实时地探测到强弱目标,满足空间目标视景成像的要求。

摘要：分析航空相机光学窗口的热光学特性,选定熔石英作为窗口玻璃的材料,将热流密度加权分配到窗口外表面各个区域,并考虑整个窗口玻璃的辐射来计算其在一个工作循环内的温度分布。高空高速飞行时,气动热使窗口外表面的温度急剧上升,由于熔石英的导热率很小,窗口产生很大的轴向温差,分别取轴向温差55℃,70℃和90℃时的工况计算窗口热变形;光学窗口内、外表面的变形规律为近似球面,计算了其近似曲率半径,计算由面形变化和折射率变化引起的光程差并转化为Zernike多项式;将Zernike多项式系数带入Code V中考核窗口玻璃的光学性能,得到波像差变化量,其像面离焦量为-0.114mm,调制传递函数的下降最大值小于0.01。结果表明,光学窗口满足光学性能的要求。

摘要：根据激光通信及共口径技术基本原理,对共口径自由空间激光通信光学系统的参数进行了分析,并设计得到了一套离轴式共口径激光通信光学系统。系统光学天线采用离轴两反结构,有效通光口径为160mm,光束压缩比为10…1,跟瞄系统采用无焦望远结构,最大跟踪视场为±1mrad,最佳跟踪精度为2μrad。利用Zemax软件对系统进行了光线追迹和性能分析,结果表明系统性能优良,波像差优于0.1λ(λ=632.8nm),并且结构紧凑,公差合理,装配简单,能满足实际应用的需求,对实现中地球轨道(MEO)自由空间激光通信具有一定的工程意义。