摘要：为了实现用于深空低冷目标探测的长波红外折反射式光学系统的进一步轻小型、低辐射和大视场,对局部制冷光学系统、拓扑优化金属基反射镜设计、增材制造、金属基光学加工与表面改性等进行研究。首先,设计完成了紧凑型局部制冷折反射式光学系统,口径为55 mm,焦距为110 mm,视场达到4°×4°;其次,利用拓扑优化理论,设计完成了主镜组件、次镜组件和连接筒,三阶和四阶模态达到1213.7 Hz;接着,采用增材制造、单点金刚石车削、表面改性、表面镀金等手段完成前组光学元件的研制,利用定心装配工艺完成光机装调;最后,对光机装调后的系统性能进行了测试。测试结果表明:光学系统全视场范围内调制传递函数均达到衍射极限,重量仅为96.04 g。金属基增材制造方法可以作为提升光学系统性能的有效手段。

摘要：为满足空间远紫外探测系统的超大视场、较大相对孔径、轻小型化、高消杂光比等要求,提出利用反远距系统光焦度分配理论计算全球面反射系统的初始结构,给出了一种焦距f′=12 mm,F数为3,全视场70°×10°的全球面离轴四反望远光学系统的设计方案。设计了系统内部的消杂光结构,对系统进行杂光分析,确定系统杂光主要来源,并对相关结构优化,给出了优化前后杂光定量对比结果。各视场光学传递函数在截止频率处大于0.7,杂光规避角10°时点源透射比(PST)达到4.2×10-7,远小于5×10-5的指标要求。与其他系统相比,该系统主要优点是可获得超大视场,结构紧凑,各反射镜均为球面且无倾斜,有效降低了制造的周期与成本,杂光规避角小且抑制比高。

摘要：针对空间紫外波段航天器自主导航姿态敏感器的特殊需求,提出基于正组为FK5和熔石英、负组为QF1的新型紫外玻璃组合方法,设计了波段330~365 nm、焦距80 mm、F数1.6、视场角8°×8°的紫外星敏感器。基于近轴鬼像能量计算的方法对鬼像抑制指标进行计算。利用Code V对系统轴上一阶鬼像进行初步的分析与判断,再利用非序列光线追迹对系统轴外多阶鬼像进行仿真计算,得到完备的轴外鬼像能量分布。结果表明,该光学系统结构紧凑,像质良好,各视场成像弥散斑均方根半径10μm内能量集中度大于80%,相对畸变优于0.05%,在相差7等星的动态范围下,像面处亮星最大鬼像光斑照度仅为暗星照度的1/21,满足紫外星敏感器的探测需求。

摘要：为满足空间成像领域对大口径、轻量化、高衍射效率光学衍射元件的需求,研究了薄膜衍射元件微结构设计及制作工艺。应用Zemax光学软件设计了320 mm口径,F/#100的四台阶薄膜菲涅尔衍射元件,并利用Matlab软件将连续位相结构转化为离散化台阶分布。研究了薄膜菲涅尔衍射元件的制作技术,选用透明聚酰亚胺薄膜作为基底材料,以石英玻璃作为复制模板,通过多次旋涂的方式实现了厚度为20μm的衍射薄膜制作。应用Solidworks软件设计并加工薄膜支撑装置。测量复制基板及薄膜对应区域的微结构,实验结果表明条纹线宽转移偏差小于1.3%,台阶深度偏差小于8.6%。搭建光路测试在波长632.8 nm处衍射效率平均值为71.5%,达到了理论值的88%。实验结果表明,制作的薄膜重量轻,复制精度高,并且具有高衍射效率,满足空间望远镜的应用要求。

摘要：为提高衍射效率,设计并制作了口径为300mm的衍射成像系统.该系统的物镜是由一块四台阶位相型菲涅尔波带片通过激光直写套刻和Ar离子束物理刻蚀技术在石英玻璃基板上加工而成.测试了衍射物镜的衍射效率,实验结果表明:衍射物镜在波长632.8nm处的衍射效率为66.4%,达到理论值的82%.搭建了衍射成像系统光路,分别采用10μm星点孔与分辨率板,测试了系统的成像性能.实验测得星点像直径为44μm,分辨率板的极限分辨率达到84lp/mm,接近该系统的理论计算值,表明该衍射成像系统具有较好的成像性能.

摘要：本文提出了一种改良的检测方法用于实现对超大口径凸非球面反射镜进行高精度的面形检测。该方法利用计算机再现全息和照明透镜混合补偿,实现对超大口径凸非球面的高精度检测。首先,对该方法的基本原理进行了分析和研究;然后,以一块口径为800 mm的超大口径凸非球面为例,进行了子孔径规划和检测光路中相关光学元件的设计;最后,以中心子孔径为例,系统分析了该检测装置的敏感度。仿真实验结果表明:计算全息补偿器的设计残差均方根值小于0. 001 3 nm,该检测系统的综合检测精度可以优于6 nm RMS。结果表明该检测系统满足超大口径凸非球面反射镜高精度面形检测的要求。

摘要：为了实现离轴非球面高精度定位、光路对准及面形检验,提出了一种使用计算全息图(CGH)技术实现离轴非球面高精度光学检测的方法。将被检非球面倾斜平移后作为轴上自由曲面进行CGH补偿检测设计,从而减小了检测光路的相对口径和CGH所需补偿像差,提高了CGH检测精度。使用自行开发的CGH专用设计计算软件,设计完成的CGH同时具有非球面检验、检测光路对准、被检非球面基准定位等多项功能。采用该方法设计(设计精度优于λ/10 000rms)并制作CGH对面形精度优于λ/50rms的离轴非球面进行了检测,误差分析表明,其检测精度优于λ/100,与传统null-lens方法的检测结果精确吻合。实验表明,采用该CGH可同时实现离轴非球面位置高精度定位、CGH与干涉仪对准以及离轴非球面高精度面形检验。

摘要：为了在不同时域下获得兼具带通与带阻空间滤波功能的低频频率选择表面(FSS),提出了一种带通与带阻型FSS可自由切换的设计方法,即在基于卷曲技术设计的小型化FSS表面上贴装电控PIN二极管,并利用"场-路"协同仿真的方法进行建模与计算。其中,卷曲图案既是滤波结构,也是馈电导线。当PIN二极管导通时,卷曲图案缝隙处产生的电容C1与金属贴片电感L1构成并联LC回路,FSS表现为带通滤波功能;反之,焊盘处缝隙及反偏PIN二极管产生的电容C2与金属贴片电感L2串联,FSS切换为带阻滤波功能。采用印刷线路板及表面贴装工艺制作出了400 mm×400mm试验样件并采用自由空间法进行测试,仿真与测试结果表明:在2.45GHz处,当PIN二极管导通时,FSS表现为强透射性能,反之则表现出强反射效果。这种基于电控PIN二极管开关所实现的带通与带阻型FSS自由切换方法在通信、电磁屏蔽及雷达隐身等领域具有广阔的应用前景。

摘要：为实现频率选择表面(FSS)工作频点的可调谐,将环型孔径FSS负载分离后形成感性表面与容性表面,利用两者之间的耦合机制设计了一种互补屏FSS。建立了互补屏FSS等效电路模型,定性分析了它的变频机理。采用耦合积分方程法计算了负载贴片旋转角,耦合电介质厚度和相对介电常数对互补屏传输特性的影响。利用镀膜与光刻方法在耦合电介质两侧制备容性表面与感性表面,并用自由空间法测试250mm×250mm样件的传输特性。计算与测试结果均表明:当十字贴片从0°旋转至10°,互补屏FSS的谐振频点会从18.2GHz向低频漂移至14.8GHz。当耦合电介质的物理厚度从0.1mm变化到1mm时,互补屏FSS的容性表面和感性表面之间的耦合效应逐渐消失。耦合电介质相对介电常数增加使互补屏间的耦合增强,其工作频点向低频漂移。实验显示:随着负载贴片旋转角的变化,互补屏FSS能够实现主动变频功能,为设计和制备主动FSS提供借鉴。

摘要：为了标定利用补偿器检测非球面的精度,提出采用倾斜计算全息法(CGH)校验补偿器,并将补偿器精度提高。介绍补偿器检测离轴非球面基本原理,同时结合工程实例,设计补偿器检测860 mm×600 mm的离轴高次非球面,通过加工与装配,仿真分析出装配后的补偿器精度为2.91 nm[均方根(RMS)值]。设计了利用倾斜式的计算全息板检测该补偿器的实验,并分析出利用该CGH校验补偿器的精度为1.79 nm(RMS值)。结果表明,受限于补偿器光学元件加工和组装精度,其检测精度未知,通过对补偿器误差进行检测与标定,可以确定利用该补偿器检测非球面的可行性并将其精度提高。