【摘要】：隨著空間探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,空間光學(xué)系統(tǒng)在朝著高分辨率的方向發(fā)展,平行光管作為空間光學(xué)系統(tǒng)檢測(cè)的必備儀器之一,也隨之朝著大口徑、大視場(chǎng)以及高像質(zhì)的方向發(fā)展。本文針對(duì)技術(shù)指標(biāo)為口徑400mm、焦距大于3200mm、工作譜段為0.4um-14um低溫離軸反射式平行光管的光學(xué)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵光學(xué)元件的加工檢測(cè)技術(shù)以及系統(tǒng)在常低溫環(huán)境下的成像質(zhì)量展開了相關(guān)的研究。根據(jù)平行光管視場(chǎng)1°×1°的技術(shù)指標(biāo)要求,選用離軸三反射式的光學(xué)結(jié)構(gòu),在同軸三反光學(xué)系統(tǒng)的幾何光學(xué)和初級(jí)像差理論的基礎(chǔ)上,通過確定各鏡間距離的方法來獲得共軸三反射式平行光管的初始結(jié)構(gòu),運(yùn)用ZEMAX軟件進(jìn)行離軸優(yōu)化,給出設(shè)計(jì)結(jié)果并分析系統(tǒng)的像質(zhì),該系統(tǒng)的綜合波像差PV值優(yōu)于0.046λ(λ為工作波長(zhǎng)),RMS值優(yōu)于0.0037λ,軸上軸外的最大彌散斑半徑優(yōu)于1.1um,滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。該平行光管需要在低于150K的低溫環(huán)境下使用,支撐結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮會(huì)導(dǎo)致三反射鏡的相對(duì)位置變化,計(jì)算分析了支撐結(jié)構(gòu)材料為不銹鋼和殷鋼時(shí)鏡面的相對(duì)誤差量,結(jié)果表明,在150K的低溫環(huán)境中,支撐結(jié)構(gòu)材料為殷鋼時(shí)鏡面誤差在系統(tǒng)公差范圍內(nèi),能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。針對(duì)主鏡和三鏡的面形參數(shù),設(shè)計(jì)了補(bǔ)償器加平面反射鏡的主、三鏡自準(zhǔn)直檢測(cè)光路,運(yùn)用ZEMAX軟件分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的補(bǔ)償器,4D干涉儀進(jìn)行主鏡和三鏡最終的面形檢測(cè),實(shí)現(xiàn)了主鏡和三鏡的面形RMS值優(yōu)于λ/40,滿足單鏡的設(shè)計(jì)要求。
[Abstract]:With the development and progress of the space detection technology, the spatial optical system is developed in the direction of high resolution, and the parallel light pipe is one of the necessary instruments for the detection of the spatial optical system, and it also develops in the direction of large aperture, large field of view and high image quality. In this paper, the optical design of an off-axis reflection type parallel light pipe with a diameter of 400mm, a focal length of more than 3200mm, a working spectrum section of 0.4um-14um and a low-temperature off-axis reflection type parallel light pipe, the processing and detection technology of the key optical element and the imaging quality of the system under the constant low-temperature environment are studied. According to the technical index requirement of 1 擄 to 1 擄 of the field of view of the parallel light pipe, the off-axis three-reflection type optical structure is selected, and on the basis of the geometrical optics and the primary aberration theory of the coaxial three-reflection optical system, The initial structure of the coaxial three-reflection type parallel light pipe is obtained by the method of determining the distance between the mirrors, the off-axis optimization is carried out by using the ZEMAX software, the design result is given, and the image quality of the system is analyzed, the comprehensive wave aberration PV value of the system is better than that of 0.046, and the RMS value is better than 0.0037%. The maximum dispersion spot radius on the axis of the shaft is better than 1.1um, and the design index of the system is satisfied. The parallel light pipe needs to be used in a low-temperature environment of less than 150 K, the thermal expansion and contraction of the support structure can cause the relative position change of the three-mirror, and the relative error quantity of the mirror surface when the supporting structure material is stainless steel and invar steel is calculated and analyzed, the result shows that in a 150-K low-temperature environment, The mirror error of the supporting structure is in the system tolerance, which can meet the design requirements of the system. aiming at the surface shape parameters of the main mirror and the three-mirror, a main and three-mirror self-collimation detection optical path of a compensator plus a plane reflector is designed, a corresponding compensator is designed by using the ZEMAX software, and the final shape detection of the main mirror and the three-mirror is performed by the 4D interferometer, The surface shape RMS value of the main mirror and the three-mirror is better than that of the 1/40, and the design requirement of the single mirror is met.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH74

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