西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710129
基于ARTCAM-407UV-WOM型紫外探测器，结合光学系统成像性能要求和光学元件成像特性，提出一种基于Qcon非球面和衍射表面的日盲紫外折衍混合变焦光学系统设计方法。所设计的系统仅由5块透镜组成，采用氟化钙和熔融石英两种材料，工作波段为0.24~0.27 μm，连续变焦范围为40~100 mm。分析结果显示，该系统在整个变焦范围内，奈奎斯特空间频率在11 lp/mm处的调制传递函数值均高于0.7，全视场畸变小于0.06%，表明该设计方法能够满足日盲紫外连续变焦系统结构简单、体积小、像质优良、像面稳定等设计和刑侦检测使用要求，对此类光学系统的设计具有一定借鉴意义。
光学设计 混合光学系统 Q型非球面 日盲紫外光 变焦光学系统
1 光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471023
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
3 中国人民解放军驻沈阳飞机工业（集团）有限公司军事代表室，沈阳 100850
利用红外双波段成像能够获得更多的信息，从而提高探测和识别能力。将多层衍射光学元件应用到红外双波段光学系统中，可以校正色差、简化结构。讨论了多层衍射光学元件的成像特性，相比于单层衍射光学元件，多层衍射光学元件可在宽波段范围内获得高衍射效率，给出了多层衍射光学元件设计方法。基于此，设计了一种红外双波段混合成像光学系统。其中，双层衍射光学元件在3.7~4.8 μm和7.7~9.5 μm工作波段上的衍射效率达98.5%以上。仿真结果表明，系统像质良好，满足要求。
折/衍混合光学系统 光学设计 衍射效率 双层衍射光学元件 红外双波段 hybrid diffractive-refractive optical system optical design diffraction efficiency double-layer diffraction optical element infrared dual-band
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京，100039
对含有一个用金刚石车削技术制作的衍射光学元件(DOE)的折/衍混合长波红外(LWIR)凝视成像系统进行了杂散光分析。利用LightTools软件对DOE的不同衍射级次、光学表面多次反射、镜筒内壁反射等主要杂散光源进行了模拟和分析，对6种二次反射的模拟结果表明，对归一化的光源，理想光路的像面辐照度为100 W/mm2，每种二次反射会给像面带来0.01 W/mm2的辐照度；反射率为10％的镜筒内壁给像面带来的辐照度为0.01 W/mm2。利用该LWIR凝视成像光学系统进行了相关实验，实验结果证明了上述分析的正确性，表明该项分析有利于对LWIR凝视成像系统光学性能的进一步理解和杂散光的抑制。
红外成像系统 长波红外 折衍混合光学系统 衍射光学元件 杂散光 infrared imaging system Long Wavelength Infrared(LWIR) Diffractive Optical Element(DOE) stray light
研究了混合式红外光学系统的光学无热化设计方法，在设计中引入了热差互补的设计思想，将无热化应满足的设计方程作为CODEⅤ中优化的约束条件，设计出工作于3.7μm～4.8μm波段、F/#为2、视场角为±5°、焦距为70mm的具有100%冷屏效率的折/衍混合式消热差物镜。该系统在-40℃～60℃温度范围内成像质量接近衍射极限，可供像元大小为15μm的高分辨率致冷型凝视焦平面探测器使用。
无热化 红外光学系统 折/衍混合光学系统系统 athermalization infrared optical system refractive/diffractive hybrid optical system
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（435.834 3 nm）到C谱线（656.272 5 nm）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.
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 Diffractive optics Multi-layer diffractive element Diffraction efficiency Optical design Diffractive-refractive hybrid optical system
1 苏州大学,江苏省现代光学技术重点实验室,江苏,苏州,215006
2 浙江大学,现代光学仪器国家重点实验室,浙江,杭州,310027
针对单层衍射光学元件的不足,介绍了一种新型的多层衍射光学元件,通过层叠多个具有不同材料色散特性与相位高度的单层表面微结构,增加元件相位分布函数中的可变因子,实现波段内各波长光波的等效相位调制等于或接近2π的整数倍,双层衍射光学元件在0.4～0.8μm可见光波段的理论衍射效率可以达到96%以上.利用双层衍射光学元件替代萤石透镜校正混合光学系统的二级光谱,设计并制作了一套长焦距物镜,并利用系统调制传递函数评价了多层衍射光学元件衍射效率,测试结果表明衍射效率在整个设计波段内以较高的数值平均分布.
多层衍射光学元件 衍射效率 衍射光学 混合光学系统
1 中国人民解放军信息工程大学理学院数学物理系, 河南 郑州 450001
2 哈尔滨工业大学理学院物理系, 黑龙江 哈尔滨 150001
为了使激光扫描检测设备达到较高的检测精度并且具有较强的通用性,一般要求它的光学系统具有大视场、宽工作光谱、高成像质量的特点。以传统7片可见光波段镜头为基础,用折-衍混合单透镜代替系统中的双胶合透镜,设计了折-衍混合红外激光扫描检测设备的光学系统,主要参数为：视场60°,工作波段0.8～1.06 μm,焦距30 mm,后工作距离30 mm。设计结果表明,在42 lp/mm空间频率处的调制传递函数(MTF)值接近0.7,全视场畸变小于1.9%,重量减轻了35.3%,表明该系统像质良好且兼具小型化的特点,满足扫描检测设备的技术要求。
应用光学 折-衍混合光学系统 光学设计 激光扫描检测设备
1 北京理工大学 信息科学技术学院 光电工程系，北京 100081
2 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室，杭州 310027
简要介绍了二元光学器件衍射效率的理论计算方法，给出了一些衍射效率的测量方法，在此基础上设计了一套实用的衍射效率测试系统，并针对一个应用在3～5 μm波段的具体红外混合光学系统进行了测试，给出了测试结果，此测试系统对红外混合光学系统的设计加工具有实际意义。
红外混合光学系统 衍射效率 测试 infrared hybrid optical system diffraction efficiency measurement
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江,杭州,310027
综合使用反射/折射/谐衍射光学元件构建混合光学系统,实现可见、中波红外与长波红外三个波段的融合成像.利用卡塞格林系统主镜作为三波段共同通光孔径,次镜实现可见与红外波段分离;采用谐衍射光学元件与舒普曼结构实现一种材料消除红外系统色差;通过二次成像实现红外波段100%冷光阑效率,简化结构,成像质量接近衍射极限.
三波段 混合光学系统 红外光学 光学设计
