基于折射/衍射原理的共形光学系统设计理论研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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基于折射/衍射原理的共形光学系统设计理论研究

项目名称：基于折射/衍射原理的共形光学系统设计理论研究
项目类别：面上项目
批准号：60977001
申请代码：F050105
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2012-12-31

项目负责人：孙强
负责人职称：研究员
依托单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
批准年度：2009

中文摘要：

(限400字)本项目以提高我国空中、水中高速行进体光学整流罩/窗的整体效能为目标，使之具有降低飞行体阻力系数、减少头罩热梯度、获得大于90度的无渐晕观察视场、雷达散射截面小等特点。以课题组现有共形研究理论为基础，结合衍射光学、几何像差、矢量像差等相关理论，采用泽尼克多项式分解的方法，以光学仿真软件为工具，研究含有衍射元件的整流罩/窗光学相关特性，建立基于折射/衍射共形成像光学系统像差校正基础理论。探讨衍射面位置同系统整体像差校正理论关系以及衍射面同校正板之间最佳的组合方式。给出系统的衍射效率、能量利用率、像差随视场变化情况、遮拦等相关参数。建立基于有限元热分析方法的模型，对该系统进行热力学分析，以研究其形变等相关因素对成像系统的影响，进而获得结构简单，易于应用于实际的共形整流罩光学系统基础理论。为此类系统研究打下理论基础。

中文主题词：共形；光学设计；像差；衍射面；消热差设计

英文摘要：

Conformal；optical design；aberration；diffractive surface；athermalization design

英文主题词： Conformal；optical design；aberration；diffractive surface；athermalization design

结论摘要：

为提高导弹气动性能的同时，兼顾导引头光学成像质量。本项目以现今共形光学研究理论为基础，研究共形光学系统的像差特性。研究衍射元件在共形系统中的波前整形作用，探讨固定校正板结合衍射元件进行导引头像差校正的可行性。对椭球形等厚整流罩的几何参数进行一阶像差特性分析；将Zernike多项式系数作为像差评价标准，详细分析了共形光学系统的像差成因、特点。以及针对动态变化的像差研究了衍射面像差特性，建立了衍射面位置同系统整体像差的关系，获得了简单可靠的红外成像导引头的共形光学系统校正方案。通过系统有限元热分析，研究了温度变化对成像质量的影响。利用衍射面的消热差特性以实现系统被动消热差设计。在光学设计软件zemax中分析像差特点、建模了实际的导引头结构并对其进行优化设计；对上述校正设计方案进行了模拟验证。利用衍射面校正动态像差具有其他校正方案不可比拟的优势，简单可靠符合军用系统的实际使用需求。对共形光学系统的实际应用研究提供了坚实的理论基础。

成果综合统计