长出瞳距离轴四反光学天线的设计研究 
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Design of Off-Axis Four-Mirror Optical Antenna with Long Exit Pupil Distance
中国空间技术研究院西安分院, 陕西 西安 710100
图 & 表
图 1. 开普勒无焦系统
Fig. 1. Keplerian afocal system
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图 2. 伽利略无焦系统
Fig. 2. Galilean afocal system
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图 3. 同轴三反示意图
Fig. 3. Layout of coaxial three-mirror system
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图 4. 离轴四反光学天线的布局
Fig. 4. Layout of off-axis four-mirror optical antenna
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图 5. 离轴光学天线的初始结构布局
Fig. 5. Layout of initial structure of off-axis optical antenna
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图 6. 初始结构前12个视场的点列图
Fig. 6. Spot diagrams of top 12 FOVs of initial structure
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图 7. 初始结构的MTF曲线
Fig. 7. MTF curves of initial structure
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图 8. 优化后的光学天线布局
Fig. 8. Layout of optical antenna after optimization
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图 9. 优化后光学天线前12个视场的点列图
Fig. 9. Spot diagrams of top 12 FOVs of optical antenna after optimization
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图 10. 优化后的光学天线衍射包围能量图
Fig. 10. Diffraction encircled energy of optical antenna after optimization
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图 11. 优化后的光学天线均方根波前误差图
Fig. 11. RMS wavefront error of optical antenna after optimization
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图 12. 优化后的光学天线MTF曲线
Fig. 12. MTF curves of optical antenna after optimization
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表 1光学天线的设计指标
Table1. Design requirements of optical antenna
| Parameter | Design index |
|---|
| Operating wavelength | 1550 nm | | Field of view | 2.5 mrad×2.5 mrad | | RMS wavefront | ≤λ/12@2.5 mrad×2.5 mrad and ≤λ/25@1 mrad×1 mrad | | Distance between exit pupil and mechanical face | 310 mm | | Magnification factor | 10 |
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表 2光学天线的公差值
Table2. Tolerance value of optical antenna
| Mirror | Conic error | Radius error /mm | Decenter error /mm | Tilt error /(″) |
|---|
| Primary mirror | 0.001 | 0.1 | Standard | Standard | | Secondary mirror | 0.001 | 0.01 | 0.02 | 10 | | Fourth mirror | 0.001 | 0.1 | 0.02 | 60 |
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表 3光学天线的公差分析结果
Table3. Tolerance analysis result of optical antenna
| Probability | 0 | 1 mrad×1 mrad | 2.5 mrad×2.5 mrad |
|---|
| 90% | 0.031 | 0.034 | 0.082 | | 80% | 0.029 | 0.032 | 0.081 | | 50% | 0.025 | 0.028 | 0.080 | | 20% | 0.023 | 0.026 | 0.079 | | 10% | 0.023 | 0.026 | 0.079 |
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田棋杰, 张建华, 张缓缓, 宋延松, 薛婧婧, 呼新荣, 陈祥, 李帅. 长出瞳距离轴四反光学天线的设计研究[J]. 光学学报, 2020, 40(18): 1822001. Qijie Tian, Jianhua Zhang, Huanhuan Zhang, Yansong Song, Jingjing Xue, Xinrong Hu, Xiang Chen, Shuai Li. Design of Off-Axis Four-Mirror Optical Antenna with Long Exit Pupil Distance[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(18): 1822001.
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