發(fā)布時間：2021-11-01 11:52

　　為滿足宇宙探索、對地觀測等空間應(yīng)用對高分辨率成像的迫切需求,空間望遠鏡的口徑需不斷增大。然而傳統(tǒng)反射式大口徑空間望遠鏡的主鏡面形精度要求高、折疊困難、系統(tǒng)重量和體積不斷增大等問題嚴(yán)重制約了其在空間領(lǐng)域的應(yīng)用。相較而言,衍射望遠鏡衍射主鏡近似平面,面形精度要求寬松,易折疊;其重量和體積顯著縮減。衍射空間望遠鏡已成為未來口徑10米以上空間望遠鏡的重要技術(shù)路線之一。然而,受衍射透鏡多級次衍射現(xiàn)象的影響,衍射望遠鏡系統(tǒng)圖像對比度較低,且易受噪聲影響。對擴展目標(biāo)成像而言,如何提高衍射望遠鏡圖像對比度、抑制噪聲是亟需解決的問題。針對上述關(guān)鍵技術(shù)問題,本文結(jié)合衍射望遠鏡成像特性,建立了成像退化理論模型,采用圖像復(fù)原技術(shù),開展了相關(guān)理論和實驗研究,以提高衍射望遠鏡成像對比度。主要內(nèi)容如下:首先,通過菲涅爾衍射近似公式和菲涅爾衍射透鏡透過率函數(shù),推導(dǎo)了衍射成像系統(tǒng)簡化成像模型。修訂了廣義光瞳函數(shù),使其不僅包含孔徑形狀的限制和系統(tǒng)傳統(tǒng)像差的作用,還包含了非成像衍射光這一特殊像差的影響。這表明多級次衍射現(xiàn)象造成的成像退化可通過退化函數(shù)表征,為衍射成像系統(tǒng)的成像性能分析提供了簡潔的理論計算方法,為研究適合衍射... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)四川省

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

具有代表性的空間望遠鏡裝配面密度與其主鏡口徑之間關(guān)系[21]

衍射望遠鏡成像中的圖像復(fù)原研究4射理論[38,39]。將某一級次衍射光能量與總?cè)肷涔饽芰康谋戎刀x為該衍射級次的衍射效率[38]。這里所說的總?cè)肷涔饽芰坎话ㄓ捎诠夥瓷湟约肮鈱W(xué)元件損耗等造成的能量損失。如不特殊說明，通常所說的衍射效率默認(rèn)為用于成像的-1級衍射光對應(yīng)的衍射效率。振幅型菲涅爾透鏡的理論衍射效率為10.5%。圖1.2幾種常見的振幅型菲涅爾透鏡（a）菲涅爾波帶片[36]；（b）菲涅爾衍射陣列[40]；（c）光子篩[41]。Figure1.2SeveralcommonamplitudeFresnellenses(a)FresnelZonePlate;(b)Fresneldiffractionarray;(c)Photonsieve.2005年，L.Koechlin將菲涅爾波帶片中圓形波帶替換成矩形陣列[40]，如圖1.2(b)所示，實現(xiàn)了高動態(tài)光譜范圍成像，但衍射效率僅為2.1%。德國L.Kippe于2001年首次提出用隨機分布的篩孔代替菲涅爾波帶片中透光波帶，形成新型衍射光學(xué)元件--光子篩（Photonsieve,PS）[41]，如圖1.2(c)。QingCao等人基于瑞利-索末菲積分公式泰勒展開的不同近似程度給出了光子篩的近軸和非近軸光線下遠場簡化成像模型，并分析了其聚焦成像特性[42-44]。2007年，高仲等人設(shè)計口徑為50mm，最小孔徑尺寸為10μm的光子篩[45]，并通過離軸成像降低了非成像級次衍射光對成像的影響，如圖1.3。2009年，周崇喜等人采用隨機分布區(qū)域的方式設(shè)計了多波長光子篩，并制作了口徑為20mm的三個波段光子篩[46]，如圖1.4(a)。實驗成像效果令人滿意。2011年，Hou等制作了口徑為70mm，最小孔徑尺寸為3.5μm的PI薄膜二元相位光子篩[47]，如圖1.4(b)，在波長650nm處實際測量衍射效率均值為11.9%。2011年，Kallne等人提出了反射型光子篩[48]，如圖1.4(c)，在沒有大幅度減小衍射元件尺寸的情況下，提高了成像對比度[48]。

第1章5過擴展目標(biāo)分辨率板成像實驗可知：光子篩的實測最大空間頻率接近成像系統(tǒng)的截止頻率。與菲涅爾透鏡相比，光子篩具有更高的分辨率，但這是以犧牲光能利用率為代價的。圖1.3離軸成像衍射光學(xué)測試系統(tǒng)[45]Figure1.3Diffractiveopticaltestsystemsforimagingoffaxis圖1.4光子篩研制（a）多波長光子篩[46]；（b）相位光子篩[47]；（c）反射型光子篩[48]；（d）PI光子篩[49]。Figure1.4DevelopmentofPhotonSieve(a)Multi-wavelengthphotonsieve;(b)Phasephotonsieve;(c)Reflectionphotonsieve;(d)PIphotonsieve.上述幾種衍射透鏡至少有一半入射光能量被遮擋，這是導(dǎo)致衍射效率低的主(a)(d)(b)(c)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于圖像復(fù)原的衍射望遠鏡暗弱目標(biāo)成像[J]. 楊靜靜,王帥,文良華,楊平,楊偉,官春林,許冰.  光學(xué)學(xué)報. 2020(14)
[2]可見光電視攝像機整機MTF測量裝置及方法[J]. 康登魁,楊鴻儒,袁良,姜昌錄,王雷,陳潔婧,王生云.  應(yīng)用光學(xué). 2020(01)
[3]基于虹膜識別的小畸變手機鏡頭設(shè)計[J]. 于雪蓮,郭冰梅,李秀芳,沈濤.  激光與光電子學(xué)進展. 2020(01)
[4]高分辨率醫(yī)用內(nèi)窺鏡光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計[J]. 陳思婷,曹一青,沈志娟,張瑞華.  光電技術(shù)應(yīng)用. 2019(06)
[5]天宮二號對地觀測應(yīng)用研究進展[J]. 任海根,李盛陽.  載人航天. 2019(06)
[6]空間大口徑衍射成像系統(tǒng)的圖像反演恢復(fù)與增強[J]. 喬凱,智喜洋,江世凱,張蕾,尹忠科.  光學(xué)精密工程. 2019(07)
[7]紅外熱成像系統(tǒng)傳遞函數(shù)的測試研究[J]. 張春仙,李忠升,張昦潤.  激光與紅外. 2019(04)
[8]高分四號衛(wèi)星及應(yīng)用概況[J]. 劉鳳晶,李果,于登云,王麗俐,李響.  衛(wèi)星應(yīng)用. 2018(12)
[9]基于月球目標(biāo)的FY-2G在軌調(diào)制傳遞函數(shù)評估[J]. 陳林,陳海龍,張鵬,胡秀清.  光學(xué)精密工程. 2018(12)
[10]卡塞格林望遠鏡的優(yōu)化與設(shè)計[J]. 張妹玉.  湖北農(nóng)機化. 2018(10)

博士論文
[1]單點金剛石車削復(fù)雜曲面技術(shù)研究[D]. 黃岳田.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所) 2019
[2]光學(xué)稀疏孔徑系統(tǒng)設(shè)計與中頻信息改善方法研究[D]. 周程灝.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[3]大口徑衍射望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論研究[D]. 李飛.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019
[4]高衍射效率菲涅爾波帶片的制作工藝及衍射特性研究[D]. 國成立.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2018
[5]相控望遠鏡陣列成像關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 謝宗良.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所) 2018
[6]薄膜成像中的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)研究[D]. 文良華.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所) 2018
[7]折、衍混合成像光學(xué)系統(tǒng)雜散光研究[D]. 劉盾.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所) 2018
[8]基于衍射成像系統(tǒng)的薄膜元件關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王若秋.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所 2017
[9]光學(xué)遙感圖像質(zhì)量提升及評價技術(shù)研究[D]. 崔光茫.浙江大學(xué) 2016
[10]光子篩在空間光學(xué)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 閆俊良.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2016

碩士論文
[1]分塊主鏡式相機共相位檢測系統(tǒng)研究[D]. 李浩田.北京理工大學(xué) 2016



本文編號：3470066