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CE-1成像光谱仪工程化光学技术理论研究

陈立武  
【摘要】:本论文介绍了博士期间所作的研究工作,主要包括以下内容: 在宽谱段光学镜头的设计方面,通过研究前人关于设计可见光波段光学镜头消色差和二级光谱的方法后,提出了宽谱段情况下玻璃的部分色散(P)和阿贝数(V)的计算方法,通过选择有利于减小二级光谱的玻璃组合、应用消色差和消二级光谱光焦度分配方程组,完成了一个波长范围为420nm~900nm、焦距f=450mm、F/5、视场2ω=2.6°的复消色差光学系统的设计。二级光谱残余量小于0.05mm,MTF接近衍射极限。 在干涉成像光谱仪中,傅立叶变换光学系统对像差的要求较为严格,是选材与加工、装配中重点关注的部件。光学玻璃不同波长的折射率对设计理论值的小量变化都会影响部件性能。为此,论文提出了玻璃的折射率和色散变化对二级光谱的影响,推导了它们之间的关系式,实际应用于CE-1傅立叶变换光学系统的玻璃选取,取得了好的效果。 根据干涉成像光谱仪中横向剪切干涉仪和傅立叶变换光学系统的等效工作原理图,首次推导了角向差和系统光谱分辨率之间的关系式。在CE-1干涉成像光谱仪的设计中应用这一标准对傅立叶变换光学系统进行了多个视场的验证,结果表明傅立叶变换光学系统的设计满足上述关系式。 通过对干涉仪垂直展开的两条光路的比较和计算,推导出了干涉仪的角度公差的表达式,并将这一公式应用于CE-1干涉仪公差分析。如果不考虑其它方面误差的存在,在主截面内和包含光轴垂直主截面方向,对公差的要求相当严,主截面内的角度误差应该在±5″以内,而垂直于主截面方向上的棱差应该在±8″以内。 对干涉仪、FT光学系统组合起来的误差(装配误差),从平移和倾斜两方面对系统的相互位置误差进行了分析和计算,提出装配公差仍然应当满足光谱分辨率所要求的角向差。 提出了利用折射定律的投影不变性改进柱面光学系统光线追迹的计算方法,该计算方法可以代替前人提出的折射率等效的计算方法。将CE-1干涉成像光谱仪中柱面光学系统的特殊情况运用球面光学系统进行等效设计对比,结果显示两


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