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斜入射高衍射效率双层衍射光学元件优化方法
1
作者 刘子龙 付跃刚 +2 位作者 胡源 周新雨 关禹聪 《电光与控制》 北大核心 2025年第1期80-85,共6页
针对双层衍射光学元件传统优化方法斜入射时衍射效率偏低的问题,基于双层衍射光学元件衍射效率与入射角度及波长的理论关系模型,提出了角度优化设计方法。通过分析设计过程中不同入射角和微结构高度对衍射效率的影响,优化选取微结构高度... 针对双层衍射光学元件传统优化方法斜入射时衍射效率偏低的问题,基于双层衍射光学元件衍射效率与入射角度及波长的理论关系模型,提出了角度优化设计方法。通过分析设计过程中不同入射角和微结构高度对衍射效率的影响,优化选取微结构高度,显著提高了大视场下的衍射效率。为了验证上述理论,采用长短波衍射效率相等法、带宽积分平均衍射效率最大法以及提出的角度优化设计方法,分别对可见光波段和红外波段的双层衍射光学元件进行设计。结果表明,角度优化设计方法能够有效提高双层衍射光学元件的角度带宽积分平均衍射效率,进而提高光学系统的成像质量。最后,基于角度优化设计方法设计了长焦折衍混合系统,实现了高衍射效率下的高像质折衍混合系统。 展开更多
关键词 双层衍射光学元件 衍射效率 入射角度 折衍混合光学系统
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广角衍射光学元件的优化设计
2
作者 杨亮亮 刘成林 +3 位作者 赵勇兵 沈法华 赵琪 刘建利 《红外技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期256-260,共5页
为进一步研究入射角度的增大对衍射光学元件(diffractive optical element,DOE)衍射效率及微结构高度等参数的影响,分析了入射角度和周期宽度对带宽积分平均衍射效率的影响。基于扩展标量衍射理论,建立了DOE的微结构高度与入射角度和周... 为进一步研究入射角度的增大对衍射光学元件(diffractive optical element,DOE)衍射效率及微结构高度等参数的影响,分析了入射角度和周期宽度对带宽积分平均衍射效率的影响。基于扩展标量衍射理论,建立了DOE的微结构高度与入射角度和周期宽度的数学模型,提出了工作在一定入射角度范围内,基于复合带宽积分平均衍射效率(comprehensive polychromatic integral diffraction efficiency,CPIDE)最大化实现设计波长和微结构高度等结构参数的优化设计方法。以工作在红外波段的DOE为例进行分析。结果表明:当相对周期宽度为20,入射角度范围为0°~40°时,该DOE的CPIDE为94.15%,微结构高度为1.3396mm。该设计方法可以实现广角DOE的优化设计。 展开更多
关键词 衍射光学元件 衍射效率 微结构高度 入射角度
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多层衍射光学元件设计原理与衍射效率的研究 被引量：14
3
作者 裴雪丹 崔庆丰 +1 位作者 冷家开 董辉 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1126-1131,共6页
叙述了多层衍射光学元件的设计原理.通过对多层衍射光学元件结构、位相延迟表达式、材料选择匹配的研究,使得优化最大光栅高度后的多层衍射光学元件能够实现大幅度提高宽光谱范围内衍射效率的作用.其衍射效率在从g谱线(435.8343nm)到C谱... 叙述了多层衍射光学元件的设计原理.通过对多层衍射光学元件结构、位相延迟表达式、材料选择匹配的研究,使得优化最大光栅高度后的多层衍射光学元件能够实现大幅度提高宽光谱范围内衍射效率的作用.其衍射效率在从g谱线(435.8343nm)到C谱线(656.2725nm)的可见光范围内的任何波长上的理论衍射效率均在99%以上,带宽积分平均衍射效率为99.7%,能够满足高质量成像光学系统应用的需要,并利用该元件设计了长焦距复消色差物镜. 展开更多
关键词 衍射光学 多层衍射光学元件 衍射效率 光学设计 折衍射混合光学系统
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多层衍射光学元件成像特性的研究 被引量：5
4
作者 董辉 崔庆丰 +1 位作者 裴雪丹 冷家开 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期694-698,共5页
讨论了多层衍射光学元件的光学成像性质.给出了优化设计多层衍射光学元件最大光栅厚度的方法,分析了构成多层结构的每块单层衍射元件的衍射效率对整体衍射效率的贡献作用.在0.436～0.656μm的可见光波段,多层衍射光学元件最低衍射效率... 讨论了多层衍射光学元件的光学成像性质.给出了优化设计多层衍射光学元件最大光栅厚度的方法,分析了构成多层结构的每块单层衍射元件的衍射效率对整体衍射效率的贡献作用.在0.436～0.656μm的可见光波段,多层衍射光学元件最低衍射效率可达到98%以上,克服了单层衍射元件偏离设计波长后衍射效率显著下降的缺点,改善了宽波段衍射效率.将多层衍射光学元件应用在折、衍射混合光学系统中能够明显提高系统的成像质量,同时使得光学系统体积减小,重量减轻,并且在某些系统中可以避免使用昂贵的特殊材料,从而可以降低光学系统的成本价格. 展开更多
关键词 衍射光学 多层衍射光学元件 衍射效率 光学设计
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基于瑞利-索末菲积分的大衍射角衍射光学元件设计方法 被引量：3
5
作者 庞辉 张满 +2 位作者 邓启凌 邱琪 杜春雷 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期167-172,共6页
针对现有的衍射光学元件设计方法只适用于小角度衍射的情况,本文提出了一种基于瑞利-索末菲衍射积分的设计方法,可以用来设计具有大衍射角的衍射光学元件。先对目标光场进行坐标变换和强度调整,再利用改进的Gerchberg-Saxton算法优化得... 针对现有的衍射光学元件设计方法只适用于小角度衍射的情况,本文提出了一种基于瑞利-索末菲衍射积分的设计方法,可以用来设计具有大衍射角的衍射光学元件。先对目标光场进行坐标变换和强度调整,再利用改进的Gerchberg-Saxton算法优化得到衍射光学元件的相位分布。分别采用本文方法和原有的基于夫琅禾费衍射积分的方法设计衍射光学元件实现线条结构光和不同角度方框图形的光场重构,结果表明:原有的设计方法只适用于衍射角全角小于25°的情况,当衍射角大于25°时,重构光场会出现显著的枕形畸变和不均匀的强度分布。而本文方法在小角度和大角度衍射下都能重构出准确的衍射角和较为均匀的强度分布. 展开更多
关键词 衍射光学 衍射光学元件 瑞利-索末菲积分 光学设计 计算全息 相位恢复 迭代算法
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二元衍射光学 被引量：3
6
作者 陈岩松 《量子电子学》 CSCD 1996年第3期193-200,共8页
文章综述了二元光学与衍射光学的发展历史、研究现状以及广泛的应用价值和前景。它研究的物理内容分为两个方面，即用光学的标量衍射理论去研究和设计二元衍射器件与光学电磁矢量衍射的基础研究。在众多采用标量衍射和设计方法中，重点... 文章综述了二元光学与衍射光学的发展历史、研究现状以及广泛的应用价值和前景。它研究的物理内容分为两个方面，即用光学的标量衍射理论去研究和设计二元衍射器件与光学电磁矢量衍射的基础研究。在众多采用标量衍射和设计方法中，重点叙述了Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｏｎ算法和模拟退火算法，同时，简洁地介绍了掩制备－光刻－离子蚀刻－复制－套研制二元衍射器件的技术流程。最后，以较多篇幅介绍二元衍射光学在激光波面校正、相干合成、微透镜阵列、红外系统、光雷达、光通信与光计算等方面的应用。 展开更多
关键词 二元光学 衍射光学 二元衍射光学
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一种衍射光学元件的研究
7
作者 陶少华 陈培锋 丘军林 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第S2期102-102,共1页
一种衍射光学元件的研究陶少华陈培锋丘军林（华中理工大学激光技术国家重点实验室武汉４３００７４）本文设计了一种新的衍射光学元件：在普通平凸透镜的表面上镀膜，利用计算机绘制的图样制成的胶片，蚀刻成环带阶梯状的图样，成为衍... 一种衍射光学元件的研究陶少华陈培锋丘军林（华中理工大学激光技术国家重点实验室武汉４３００７４）本文设计了一种新的衍射光学元件：在普通平凸透镜的表面上镀膜，利用计算机绘制的图样制成的胶片，蚀刻成环带阶梯状的图样，成为衍射光学透镜；分析了它的光强分布和制... 展开更多
关键词 衍射光学元件 衍射效率 激光技术 计算机绘制 衍射光学透镜 国家重点实验室 刻蚀误差 光学蚀刻 对位误差 华中理工大学
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基于位相分布限制衍射光学元件的散斑抑制方法 被引量：7
8
作者 梁传样 张巍 +2 位作者 芮大为 隋永新 杨怀江 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期95-101,共7页
根据散斑产生的机理,利用像素点之间干涉的概念,提出了通过限制光场的位相分布范围来抑制投影图像中散斑对比度的方法.在部分发展散斑的条件下,推导了位相均匀分布情况下的散斑对比度公式,揭示了当相位分布范围在0.6π~2π之间时,散斑... 根据散斑产生的机理,利用像素点之间干涉的概念,提出了通过限制光场的位相分布范围来抑制投影图像中散斑对比度的方法.在部分发展散斑的条件下,推导了位相均匀分布情况下的散斑对比度公式,揭示了当相位分布范围在0.6π~2π之间时,散斑对比度随相位分布范围的变化而震荡变化,当把相位分布范围限制在0.6π以下时,散斑对比度会随相位分布范围的减小而迅速下降.建立了理想仿真模型和实际仿真模型来验证该方法的正确性和可行性.在理想仿真模型中,当位相分布范围从2π变到0,所得散斑图样对比度从66.44%降到0;在实际仿真模型中,模拟了实际激光投影系统的光路结构,并运用了两片衍射光学元件,一片用于激光整形匀化,一片用于光场的位相分布范围限制,散斑图样对比度从92.78%降低到2.09%.该方法稳定性高、耗能低、使用元件尺寸小,为全息投影显示的散斑抑制提供了参考. 展开更多
关键词 衍射光学 散斑抑制 位相调制 衍射光学元件 全息投影显示
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基于瑞利-索末菲衍射理论的近场大衍射角衍射光学元件的设计 被引量：3
9
作者 李晶 吴鹏 +5 位作者 杨正 郑倩颖 李韬杰 向阳 杜春雷 尹韶云 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期182-188,共7页
提出了一种基于瑞利-索末菲衍射理论的设计方法,用于近场大衍射角衍射光学元件的设计.研究在大衍射角条件下,衍射光学元件面和输出面采样点之间应满足的空间位置关系.采用无远场和傍轴近似的正、逆向衍射计算方法对传统盖师贝格-撒克斯... 提出了一种基于瑞利-索末菲衍射理论的设计方法,用于近场大衍射角衍射光学元件的设计.研究在大衍射角条件下,衍射光学元件面和输出面采样点之间应满足的空间位置关系.采用无远场和傍轴近似的正、逆向衍射计算方法对传统盖师贝格-撒克斯通算法进行改进,得到近场大衍射角衍射光学元件的设计方法.以"田"字形目标光强为例,将传统设计方法、现有大衍射角衍射光学元件设计方法和本文提出的设计方法进行对比,结果表明:在近场区域,本文方法可以准确重构出大衍射角衍射光学元件的目标光场,其他两种方法则会导致重构光场产生明显的畸变或者模糊化. 展开更多
关键词 光学设计 衍射光学 衍射光学元件 瑞丽-索末菲积分 计算全息 相位恢复 迭代算法
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用于光束整形的衍射光学元件设计的混合算法 被引量：17
10
作者 庞辉 应朝福 +2 位作者 范长江 林培秋 吴浩伟 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期977-981,共5页
提出了一种用于衍射光学元件优化设计的混合遗传迭代爬山算法,该算法将迭代量化傅里叶变换算法融入到遗传算法中,然后在整体遗传算法结束后,对找到的当前最优解再用爬山法进行局部寻优,从而得到最优的衍射光学元件表面相位分布.用该混... 提出了一种用于衍射光学元件优化设计的混合遗传迭代爬山算法,该算法将迭代量化傅里叶变换算法融入到遗传算法中,然后在整体遗传算法结束后,对找到的当前最优解再用爬山法进行局部寻优,从而得到最优的衍射光学元件表面相位分布.用该混合方法设计了衍射光学元件,可以将入射的高斯光束整形成方形的均匀光斑.模拟结果表明:该混合算法具有收敛速度快、设计准确度高等优点.相比于其它设计方法,本文提出的方法能较好地改善整形效果,特别适用于光束整形的衍射元件设计. 展开更多
关键词 衍射光学元件 遗传算法 混合算法 光束整形
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红外3.7～4.8μm波段折射/衍射光学系统的消热差设计 被引量：13
11
作者 白瑜 杨建峰 +2 位作者 马小龙 阮萍 田海霞 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期2261-2264,共4页
研究了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性并给出了具体设计实例,该系统工作波段为3.7～4.8μm,全视场角为7.12°,满足100%冷光阑效率.系统仅采用硅和锗两种材料,设计结果表明,该系统在-50～100℃温度范围内不... 研究了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性并给出了具体设计实例,该系统工作波段为3.7～4.8μm,全视场角为7.12°,满足100%冷光阑效率.系统仅采用硅和锗两种材料,设计结果表明,该系统在-50～100℃温度范围内不仅成像质量接近衍射极限,而且结构简单、体积小、质量轻,适用于像元尺寸为30μm、像元数320×240的凝视焦平面阵列探测器. 展开更多
关键词 衍射光学 消热差 光学设计 红外光学系统
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制作在非球面基底上的红外衍射光学元件 被引量：15
12
作者 刘莉萍 王涌天 +1 位作者 李荣刚 焦明印 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期308-312,共5页
用金刚石车床车削的方法在锗材料上成功地加工了折射 衍射混合式红外光学透镜 ,其中的衍射面制作在非球面的基底上 ,是国内首个制作在曲面基底上的混合成像元件 .对折 衍射混合透镜和不带衍射环带的对比透镜的测试结果表明 ,衍射面加... 用金刚石车床车削的方法在锗材料上成功地加工了折射 衍射混合式红外光学透镜 ,其中的衍射面制作在非球面的基底上 ,是国内首个制作在曲面基底上的混合成像元件 .对折 衍射混合透镜和不带衍射环带的对比透镜的测试结果表明 ,衍射面加工效果良好 ,有效地减小了此单片镜系统的色差 ,明显提高了系统的成像质量 。 展开更多
关键词 衍射光学元件 金刚石车削 非球面基底 红外成像系统
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多层衍射光学元件的特性分析 被引量：15
13
作者 白剑 马韬 +1 位作者 沈亦兵 侯西云 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第z2期44-47,共4页
对采用不同材料多层衍射光学元件的衍射效率进行了分析。通过建立双层衍射光学元件的位相分布函数,实现了宽光谱范围内高衍射效率的多层结构设计.可见光波段设计结果表明多层衍射光学元件可在整个光谱范围内获得大于96%的衍射效率,克服... 对采用不同材料多层衍射光学元件的衍射效率进行了分析。通过建立双层衍射光学元件的位相分布函数,实现了宽光谱范围内高衍射效率的多层结构设计.可见光波段设计结果表明多层衍射光学元件可在整个光谱范围内获得大于96%的衍射效率,克服了传统单层衍射元件衍射效韭低的缺点,使衍射元件在混合光学系统中,特别是在可见光波段,充分发挥其校正色差、热差及提供非球面度的优势,从而实现体积小、重量轻、像质优越的光学系统. 展开更多
关键词 多层衍射元件 混合光学 衍射光学
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基于纳米压印的大角度衍射光学元件批量化制备方法 被引量：7
14
作者 刘鑫 张满 +3 位作者 庞辉 史立芳 曹阿秀 邓启凌 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期102-106,共5页
针对大角度(大于50°)衍射光学元件低成本、批量化制备的需求,提出一种基于纳米压印技术的制备方法.首先利用光学曝光技术或电子束直写技术制备衍射元件的原始母板,然后将原始母板的结构通过纳米压印过程复制到压印胶上,完成衍射光... 针对大角度(大于50°)衍射光学元件低成本、批量化制备的需求,提出一种基于纳米压印技术的制备方法.首先利用光学曝光技术或电子束直写技术制备衍射元件的原始母板,然后将原始母板的结构通过纳米压印过程复制到压印胶上,完成衍射光学元件的制备.由于纳米压印母板可以多次重复使用,降低了制作成本,提高了效率.用该方法制备了不同特征尺寸(最小为250nm,衍射全角为70°)的衍射光学元件,具有良好的衍射效果,实现了对高深宽比浮雕结构的高保真复制.该技术可实现从微米到纳米跨尺度兼容的衍射光学元件的高保真、低成本、批量化制备. 展开更多
关键词 衍射光学元件 低成本 批量化 纳米压印 跨尺度兼容
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大尺寸衍射光学元件的扫描离子束刻蚀 被引量：7
15
作者 邱克强 周小为 +5 位作者 刘颖 徐向东 刘正坤 盛斌 洪义麟 付绍军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1676-1683,共8页
总结了大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀技术的研究进展。针对自行研制的KZ-400离子束刻蚀装置,提出了组合石墨束阑结构和多位置分步刻蚀策略来提高离子束刻蚀深度的均匀性,目前在450mm尺寸内的刻蚀深度均匀性最高可达±1%。建立了针... 总结了大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀技术的研究进展。针对自行研制的KZ-400离子束刻蚀装置,提出了组合石墨束阑结构和多位置分步刻蚀策略来提高离子束刻蚀深度的均匀性,目前在450mm尺寸内的刻蚀深度均匀性最高可达±1%。建立了针对多层介质膜光栅的衍射强度一维空间分布在线检测系统以及用于透射衍射光学元件离子束刻蚀深度的等厚干涉在线检测系统,实现了对大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀终点的定量、科学控制,提高了元件离子束刻蚀工艺的成功率。利用上述技术,成功研制出一系列尺寸的多层介质膜光栅、光束采样光栅、色分离光栅以及同步辐射光栅等多种衍射光学元件。 展开更多
关键词 衍射光学元件 离子束刻蚀 刻蚀深度 在线检测 多层介质膜光栅
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旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件的分析 被引量：7
16
作者 刘玉玲 卢振武 +2 位作者 任智斌 李凤有 曹召良 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第10期1259-1263,共5页
采用旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件进行严格的矢量分析 推导了旋转体时域有限差分法的基本计算公式 ;给出了入射波的设置方法 ;采用了完全匹配层吸收边界条件 ;改进了平面波谱传播算法 ,大大简化了计算过程并提高了... 采用旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件进行严格的矢量分析 推导了旋转体时域有限差分法的基本计算公式 ;给出了入射波的设置方法 ;采用了完全匹配层吸收边界条件 ;改进了平面波谱传播算法 ,大大简化了计算过程并提高了计算速度 对多台阶微透镜和二元亚波长微透镜进行分析给出了它们焦平面的电场强度分布 数值计算结果表明 。 展开更多
关键词 亚波长 衍射光学元件 时域有限差分法 传播算法
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遗传算法用于衍射光学元件的优化设计 被引量：8
17
作者 陈焘 罗崇泰 +2 位作者 王多书 马勉军 刘宏开 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2004年第12期8-11,共4页
提出了一种基于遗传算法的衍射光学元件优化设计方法;在衍射光学元件设计中遗传算法运行参数对遗传算法性能有一定的影响:采用较大的群体规模,遗传算法越容易获得最优解;交叉算子越大,遗传算法全局搜索能力越强;选择算子对遗传算法的影... 提出了一种基于遗传算法的衍射光学元件优化设计方法;在衍射光学元件设计中遗传算法运行参数对遗传算法性能有一定的影响:采用较大的群体规模,遗传算法越容易获得最优解;交叉算子越大,遗传算法全局搜索能力越强;选择算子对遗传算法的影响不是太大;如果要进一步提高解的精度,可选取较大的终止代数。数值计算结果表明,用遗传算法优化设计的衍射光学元件,其误差小于 5.2%,衍射效率达到 91.2%。遗传算法很适合衍射光学元件的优化设计。 展开更多
关键词 遗传算法 衍射光学元件 优化设计
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采用分步迭代算法设计制作衍射光学元件 被引量：10
18
作者 张巍 张晓波 +1 位作者 舒方杰 李永平 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期1665-1668,共4页
结合均匀照明相位器件的设计实例,介绍最新提出的基于迭代框架的优化方法,并应用该方法设计制作了16台阶的衍射光学元件并对其进行了测试,验证了设计原理及方法的正确性,且对加工中可能出现的误差进行了分析和讨论。测试结果验证了采用... 结合均匀照明相位器件的设计实例,介绍最新提出的基于迭代框架的优化方法,并应用该方法设计制作了16台阶的衍射光学元件并对其进行了测试,验证了设计原理及方法的正确性,且对加工中可能出现的误差进行了分析和讨论。测试结果验证了采用多台阶相位结构的设计方案能有效提高工艺宽容度。 展开更多
关键词 衍射光学元件 光束整形 均匀照明 分步迭代优化
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一种用于均匀照明的衍射光学元件设计的混合算法 被引量：9
19
作者 李涛 付绍军 +2 位作者 王炜 徐俊中 李永平 《计算物理》 CSCD 北大核心 2002年第1期77-80,共4页
介绍一种综合迭代法和优化算法两者优势的混合算法 ,并用于设计ICF靶场照明衍射光学元件 ,得出比先前方法更加理想的模拟结果 .其衍射效率达到 97 5 % ,均方误差为 0 0 2 6 。
关键词 位相混合法 模拟退火法 迭代法 优化算法 ICF 靶场 衍射光学元件 设计 均匀照明
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二次成像中波红外折射衍射光学系统设计 被引量：8
20
作者 丁学专 王欣 +2 位作者 兰卫华 杨波 刘银年 《红外技术》 CSCD 北大核心 2009年第8期450-452,457,共4页
中波红外(3～5μm)在航天遥感中有着重要的应用。由于背景辐射的影响,中波红外光学系统一般要求达到100%冷光阑效率。在航天应用中由于系统轻量化的要求,同时要求光学系统的设计尽可能简化。光学技术的发展,使得光学设计可以利用非球面... 中波红外(3～5μm)在航天遥感中有着重要的应用。由于背景辐射的影响,中波红外光学系统一般要求达到100%冷光阑效率。在航天应用中由于系统轻量化的要求,同时要求光学系统的设计尽可能简化。光学技术的发展,使得光学设计可以利用非球面,二元光学衍射面等,获得更多的自由度,对成像光学系统的像差进行有效的校正。利用三个光学元件,设计出波段范围3～5μm,口径200 mm,F/2.5的二次成像光学系统。系统由主光学卡塞格林系统加中继系统组成。中继系统由一片硫化锌透镜组成,成像质量达到衍射极限。 展开更多
关键词 光学设计 中波红外 衍射光学 二次成像
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