1 华中光电技术研究所— 湖北久之洋红外系统股份有限公司， 湖北 武汉 430223
2 陆军装备部驻武汉地区军事代表局， 湖北 武汉 430022
3 陆军装备部驻武汉地区第二军事代表室， 湖北 武汉 430022
温度变化会对光学系统的成像质量产生影响，这种影响在红外波段尤其明显。分析了光学系统材料折射率、介质面型等参数受温度影响产生的变化，根据光学被动式无热化原理，设计了一个波段为3~5 μm，焦距30 mm，F#=4的中波红外光学系统，探测器为制冷型探测器，像元数640 pixel×512 pixel、像元大小15 μm。系统共4片透镜，采用了两种常见的中波红外材料硅和锗满足了像差和热差的要求，在-30 ~ + 60 ℃的工作温度范围之内像质良好，满足制冷型中波红外系统的设计需求。
光学设计 中波红外 无热化 紧凑 像质 optical design medium wave infrared optics athermalization compact image quality
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
2 空军装备项目管理中心, 北京 100843
针对640×512阵列双波段制冷型探测器, 设计了一套双波段红外光学系统, 用于机载红外搜索跟踪系统。该光学系统采用锗、硒化锌和硫化锌组合, 实现了消色差和消热差设计, 通过引入非球面和构型优化, 很好地校正了系统的高阶像差, 简化了系统结构。光学系统仅由8个镜片构成, 工作波段为3.7~4.8 μm和8~9.4 μm波段, F数为2, 焦距360 mm, 视场2.54°×2.03°, 满足100%冷光阑效率。像质评价结果表明, 光学系统在-55～+70 ℃温度范围内, 双波段成像质量良好。非均匀温度场分析表明, 光学系统温度梯度容忍性较好。
光学设计 红外光学 双波段 无热化设计 optical design infrared optics dual-wavelength athermalization design
1 海南职业技术学院, 海南 海口 570216
2 深圳蓝波绿建集团股份有限公司, 广东 深圳 518003
3 海南师范大学, 海南 海口 571158
常温地球红外能量巨大,但因其频段带宽宽、强度低且易传导,无法得到有效利用。 将带宽较宽的地球常温红外辐射(8～15μm), 转换为带宽相对比较窄(9.56～10.02μm)、温度相对稳定 的水媒介质所储存的能量,水媒介质经过毛细管网向外辐射红外长波,再通过长波天线接收实现能量的转换。结果表明水媒介质单位时间 内流过单位面积毛细管网的辐射能量及能量密度巨大。计算了长波接收天线及天线阵重要参数。如果以16 °C水媒介 质考虑,可实现毛细管网红外辐射能转换率达94%。
红外光学 长波红外天线 辐射制冷供热 黑体辐射 infrared optics long-wave infrared antenna cooling and heating of radiation blackbody radiation
1 固体激光技术国家级重点实验室, 北京 100015
2 华北光电技术研究所, 北京 100015
以红外光学和薄膜技术为理论背景, 详细介绍了氧化铝基体表面3.7 μm与4.8 μm双波段带通滤光膜的特性、制备及测试方法。氧化铝(Al2O3)由于其透光区域较宽,牢固度好, 便于光学系统使用而被经常应用于中波红外光学系统中。采用软件优化计算和双面镀制截止带通滤光膜的方案,通过速率控制、离子辅助等工艺方法研制成功了可靠性和光谱特性皆优的双波段带通滤光薄膜。分析认为设计结构和优化算法对于薄膜通带平坦度、截止深度以及透过率有着明显的影响。制备工艺方面, 除了合适的蒸发速率外, 采取缓慢蒸发和弱离子能量辅助也是很重要的关键技术, 最终光谱透过率测试平均大于87%, 通过了环境测试, 符合使用要求。
红外光学 带通滤光膜 牢固度 透过率 infrared optics band-pass filter fastness transmittance 红外与激光工程
2018, 47(6): 0621001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 100033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为研究人体红外热成像和体内肿瘤热源的关联, 本文构建了包括骨层、肌肉层、脂肪层、皮肤层的人体腿部有限元模型。根据体内温度沿径向分布的特点, 给出了各区域内动脉血液灌注热生成率随径向坐标变化的情况, 解决了有限元建模中动脉血灌注热生成率随温度变化的非线性问题。进而用有限元方法数值计算了不同尺寸和不同深度的体内肿瘤所带来的温度变化。结果表明: 在所研究的肿瘤尺寸范围内, 肿瘤尺寸越小, 体内温度提升越高,体表的峰值温度越高, 体表温度分布半峰宽越窄, 温度变化越陡峭。对于特定尺寸的肿瘤, 肿瘤越深, 体内峰值温度越高,体表的峰值温度越低, 体表温度分布半峰宽越宽, 温度变化越平缓。
有限元分析 红外光学 热传导分析 红外医学成像 finite element analysis(FEA) infrared optics heat transfer analysis infrared medical imaging
一次成像的简化式红外光学系统冷屏与出瞳不能匹配，致使系统受到杂散光干扰。在此情况下，对冷屏的开孔形状进行合理优化设计对杂散光的抑制十分必要。利用数学中的最优化计算来解决冷屏形状的优化问题，建立了优化变量和优化目标函数的数学模型，提出了全局优化和局部优化相结合的方法，分别用区间穷举法和阻尼最小二乘法完成，以得到较优的冷屏开孔形状。利用本方法，对一个现有的简化式热像光学系统设计了冷屏开孔形状，解决了该系统中由冷屏与出瞳不匹配造成的杂散光干扰的问题，从而验证了提出的冷屏优化设计方法的正确性与实用性。
光学设计 红外光学 杂散光 优化设计 冷屏 目标函数
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 电子科技大学光电信息学院，四川 成都 610054
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国南玻集团成都南玻玻璃有限公司，四川 成都 610200
与红外定焦镜头和红外两档变焦镜头相比，红外连续变焦镜头具有连续可变的视场，可对目标进行连续的跟踪，是未来红外成像技术的发展方向。随着光学冷加工、精密机械加工、镀膜技术等工艺水平的不断进步，以及现代科技的发展要求，红外变焦镜头向高变焦比方向发展，同时还须保持良好的成像和消热差性能。概述了国外各种高变焦比中波红外镜头的结构和设计方法，包括20×高变焦比中波红外镜头、30×高变焦比中波红外镜头、300×高变焦比中波红外镜头，总结了一套高变焦比中波红外镜头设计经验，对国内高变焦比中波红外镜头的应用发展研究有借鉴价值。
应用光学 光学设计 红外光学 中波红外 变焦镜头 applied optics optical design infrared optics mid-wavelength infrared zoom lens
1 中国空空导弹研究院凯迈测控有限公司，河南 洛阳 471009
2 中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009
研究了大视场大相对孔径长波红外机械无热化光学系统的设计， 设计了8 ～ 12 m波段内F数为0.8、温度在－40 ～ 60℃范 围内无热化的光学系统。结果表明，该系统结构简单，像质好，在空间频率20 lp/mm处的 光学传递函数值大于0.5。
光学设计 红外光学 无热化 optical design infrared optics athermalization
1 海军装备部飞机办, 北京 100841
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
针对制冷型320×256双色焦平面阵列探测器, 设计了一套双波段红外光学系统, 用于机载光电探测设备。光学系统采用锗、硒化锌和硫化锌组合实现了无热化设计; 通过引入非球面和谐衍射元件, 很好地校正了系统的色差和轴外像差, 简化了系统结构。光学系统仅由6片镜子构成, 工作波段为3.7~4.8 μm /7.7~9.5 μm波段, F数为2, 满足100%冷光阑效率。像质评价结果表明, 光学系统在-60～+70 ℃全温度范围内, 双波段成像质量良好。
光学设计 红外光学 双波段 连续变焦 optical design infrared optics dual-wavelength continuous zooming
