【摘要】：薄膜衍射成像技術是未來構建大口徑太空光學望遠鏡的關鍵技術,薄膜衍射器件解決了傳統(tǒng)望遠鏡主鏡的大重量和高面形精度問題,為實現(xiàn)大口徑甚至超大口徑望遠鏡的構建提供了新的技術途徑。本論文主要研究了目前大口徑衍射望遠鏡光學系統(tǒng)中存在的若干關鍵問題,包括大特征尺寸菲涅爾校正板的設計、可見光范圍內(nèi)的光子篩望遠鏡成像系統(tǒng)設計以及大口徑衍射望遠鏡的中心遮攔分析和頻譜改進設計,具體研究工作如下:1.提出了兩種大特征尺寸校正板設計方案,分別為混合調(diào)制透鏡和諧衍射透鏡,目的是通過增大校正板的特征尺寸,降低校正板的加工難度。仿真實驗表明,混合調(diào)制透鏡和諧衍射透鏡均能作為校正板消除寬光譜衍射成像系統(tǒng)中衍射主鏡引入的色差,但兩個校正板有各自不同的光學和加工特性�；旌险{(diào)制透鏡不僅可以增加校正板的特征結構寬度,還可以減小其微結構的坡度,而諧衍射透鏡只能增加校正板的特征結構寬度,不改變其微結構的坡度,因此,混合調(diào)制透鏡比諧衍射透鏡更容易加工;然而,混合調(diào)制透鏡的易加工性是以犧牲衍射效率為代價,其衍射成像系統(tǒng)的效率僅約為10%,相比之下,諧衍射透鏡可以較好的保證衍射成像系統(tǒng)的衍射效率(95%)。2.提出了兩種RGB三通道光子篩望遠鏡設計方案,分別為基于徑向分區(qū)光子篩的RGB三通道望遠鏡設計方案和基于隨機分區(qū)光子篩的RGB三通道望遠鏡設計方案,目的是將光子篩望遠鏡的成像頻譜范圍從幾十個nm覆蓋至可見光范圍。仿真結果表明,隨機分區(qū)三通道設計可以更好的消除R、G、B三個通道的色差,并且具有更好的聚焦特性,但隨機分區(qū)設計的三個中心波長受到諧衍射透鏡諧波長的制約,以至于三個通道的頻段不能任意選擇;相比之下,徑向分區(qū)三通道設計的三段頻譜相互獨立,具有更高的設計自由度,但該設計的外通道像點具有較高的旁瓣,且不同通道像點的分辨率不同,因此徑向分區(qū)三通道設計的成像質(zhì)量較低。3.提出了一種基于柔性對稱分布鋼圈的薄膜支撐機構,用以支撐光子篩薄膜,并加工了用于支持100mm口徑光子篩的薄膜支撐機構。分析表明,該支撐機構具有質(zhì)量輕、結構簡單、便于折疊和展開和自穩(wěn)定特性等優(yōu)點,非常有利于實現(xiàn)大口徑衍射薄膜在太空中的高精度支撐和展開。4.分析了大口衍射望遠鏡中的中心遮攔問題,并根據(jù)分析結果提出了一種頻譜平移設計方法,有效的減小了大口徑望遠鏡中的頻譜遮擋。另外,設計了靜止軌道一米分辨率的衍射望遠鏡光學系統(tǒng),用以評估我們的方法在避免頻譜遮擋上的有效性。仿真實驗證明,我們的設計不僅避免了對設計頻譜的遮擋,并且改善了望遠鏡系統(tǒng)的MTF曲線,提高了望遠鏡的成像質(zhì)量。
【圖文】：

衍射元件帶來的色差，發(fā)揮薄膜衍射元件在大口徑太空的望遠鏡構建上的優(yōu)勢，逡逑Ｒ．邋Ｈｙｄｅ在１９９９年提出的一種基于Ｓｃｈｕｐｍａｒｍ系統(tǒng)的衍射望遠鏡光路設計方案逡逑（如圖１．２），，成功的解決了衍射望遠鏡中的色差問題。該望遠鏡系統(tǒng)通過在特逡逑定的位置引入另外一個與衍射主鏡具有相反光焦度和相同色散能力的衍射元件逡逑（菲涅爾校正板）來補償衍射主鏡的色差，根據(jù)該望遠鏡系統(tǒng)的設計理論，當菲逡逑涅爾校正板和衍射主鏡的設計參數(shù)滿足消色差條件時，該方案可以完全消除衍射逡逑主鏡引入的色差。隨著衍射元件色散問題的解決，國內(nèi)外陸續(xù)開始了關于大口徑逡逑衍射望遠鏡的研宄，實驗驗證了衍射元件在寬光譜成像中的可行性。目前，衍射逡逑成像技術已成為未來光學遙感衛(wèi)星成像技術發(fā)展的趨勢，也是未來光學衛(wèi)星遙感逡逑成像必不可少的技術。逡逑２逡逑

圖１．３邋ＬＬＮＬ相關研宄成果逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH743

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉民哲;劉華;許文斌;王泰升;盧振武;魚衛(wèi)星;;用于空間望遠鏡的膜光子篩[J];光學精密工程;2014年08期

2 劉華;盧振武;閆勇;;大口徑衍射望遠系統(tǒng)公差分析及測量[J];光子學報;2013年10期

3 唐燕;胡松;趙立新;朱江平;何渝;;大數(shù)值孔徑光子篩偏振特性研究[J];光學學報;2012年12期

4 唐燕;胡松;朱江平;何渝;;準相位型光子篩設計[J];光學學報;2012年10期

5 劉韜;周一鳴;王景泉;梁巍;;波帶片衍射成像技術在對地觀測衛(wèi)星中的應用[J];航天器工程;2012年03期

6 韋瑋;黃金堂;王克逸;;光子篩的色散特性和多波長聚焦功能仿真[J];紅外與激光工程;2010年05期

7 張軍勇;曹清;盧興強;林尊琪;;Focusing contribution of individual pinholes of a photon sieve:dependence on the order of local ring of underlying traditional Fresnel zone plate[J];Chinese Optics Letters;2010年03期

8 蔣文波;胡松;趙立新;楊勇;嚴偉;周紹林;陳旺富;;基于矢量衍射理論的振幅型光子篩設計與分析[J];光學學報;2010年02期

9 李亞文;陳軍寧;賈佳;朱效立;吳璇;謝常青;;光子篩的超分辨聚焦特性研究[J];光電工程;2009年03期

10 張科科;阮寧娟;傅丹鷹;;國外空間用三反離軸相機發(fā)展分析與思考[J];航天返回與遙感;2008年03期

本文編號：2709644