温度对红外光学系统的影响分析及消热差设计-激光与红外杂志.PDF

第４５卷　 第７期　 　　　　　　　　　　　　　　激 光 与 红 外 Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．７ 　 ２０１５年７月　　　 　 　　　　　　　　　　ＬＡＳＥＲ　＆　ＩＮＦＲＡＲＥＤ Ｊｕｌｙ，２０１５ 　　文章编号：１００１５０７８（２０１５）０７０８５４０７ ·光学技术 · 温度对红外光学系统的影响分析及消热差设计 张发强，樊　祥，孔　辉，程正东，朱　斌 （脉冲功率激光技术国家重点实验室，电子工程学院，安徽 合肥２３００３７） 摘　要：分析了温度对红外光学系统结构参数的影响，计算了温度变化引起系统的离焦量和调 制传递函数，给出了红外光学系统消热差设计的基本原理；利用ＺＥＭＡＸ光学设计分析软件， 结合实际的长波红外光学系统，分析其在２０℃，－４０℃和６０℃时的成像质量。分析结果表 明，该系统在常温时成像质量接近衍射极限，系统全视场调制传递函数在特征频率２０ｌｐ／ｍｍ 处达０６，８７６％的能量集中在探测器的一个像元内，成像质量优良；但是当温度在 －４０～ ６０℃变化时，系统成像质量急剧恶化，不再满足使用要求，在分析的基础上采用折衍射混合光 学被动式消热差技术中对其进行进一步设计，经消热差设计后该红外光学系统的成像质量得 到了极大的改善，全视场调制传递函数在特征频率２０ｌｐ／ｍｍ处达０５５以上，且能量分布集 中，满足红外探测系统的使用要求。 关键词：红外光学系统；温度；消热差；成像质量；离焦 中图分类号：Ｏ４３５；ＴＮ２１６　　文献标识码：Ａ　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０１５．０７．０２６ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍａｎｄａｔｈｅｒｍａｌｄｅｓｉｇｎ ＺＨＡＮＧＦａｑｉａｎｇ，ＦＡＮＸｉａｎｇ，ＫＯＮＧＨｕｉ，ＣＨＥＮＧＺｈｅｎｇｄｏｎｇ，ＺＨＵＢｉｎ （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｕｌｓｅｄＰｏｗｅｒＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ２３００３７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓｏｎｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄＴｈｅｄｅｆｏ ｃｕｓｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）ｃａｕｓｅｄｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｈｉｆｔｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄＴｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａ ｓｉｓｏｆａｔｈｅｒｍａｌｄｅｓｉｇｎｆｏｒｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｇｉｖｅｎＢａｓｅｄｏｎａｆａｃｔｕａｌｌｏｎｇｗａｖｅｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｉｍ ａｇｉｎｇｑｕａｌｉｔｉｅｓａｔｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ２０℃，－４０℃ａｎｄ６０℃ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙＺＥＭＡＸＴｈｅａｎａｌｙｔｉｃｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔａｔｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ２０℃ＴｈｅＭＴＦ ｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ０６ｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｗｈｅｎｔｈｅＮｙｑｕｉｓｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｄｅｔｅｃｔｏｒｉｓ２０ｌｐ／ｍｍ，ａｎｄ８７６％ｏｆｔｈｅｄｉｆ ｆｒａｃｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｉｓｆｏｃｕｓｅｄｉｎａｓｉｎｇｌｅｐｉｘｅｌ，ａｎｄｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｇｏｏｄＨｏｗ