[實(shí)用新型]一種寬光譜薄膜光子篩空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720503102.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN207133502U
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王欽華;趙效楠;許峰;李強(qiáng);姚宇佳;李運(yùn)祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B23/00
• 分類號(hào): G02B23/00;G02B13/00
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種寬光譜薄膜光子篩空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)大口徑、輕量化的空間光學(xué)應(yīng)用，衍射成像元件可以利用其平面薄膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大口徑、高分辨聚焦功能。在大口徑的空間光學(xué)應(yīng)用中，可以大幅度降低成像系統(tǒng)的質(zhì)量和體積。因此，衍射成像元件在空間光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的潛能。

1999年，美國(guó)勞倫斯-利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出了將超大衍射光學(xué)器件應(yīng)用到天文望遠(yuǎn)系統(tǒng)中（Eyeglass），主鏡為口徑100m的衍射光學(xué)薄膜元件，把衍射主鏡分成許多子衍射透鏡，把他們精確的拼接在一起形成等效大口徑的衍射光學(xué)元件，并討論了大口徑平面薄膜衍射主鏡的折疊、展開方法，分別通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了它們的光學(xué)性能，同時(shí)也驗(yàn)證了該方案的可行性。但是該空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)只有大口徑衍射鏡構(gòu)成，由于衍射成像基本原理，只能對(duì)單波長(zhǎng)清晰成像，不能實(shí)現(xiàn)寬光譜成像。

2007年，美國(guó)空軍學(xué)院（U.S. Air Force Academy）的Andersen等人提出的將大口徑光子篩薄膜作為主鏡的空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)，另一個(gè)相反光焦度衍射光學(xué)元件被設(shè)計(jì)去補(bǔ)償光子篩主鏡的色差特性，并且有兩個(gè)大于光子篩主鏡的反射鏡（反射鏡1和反射鏡2）用于準(zhǔn)直光路并聚焦，顯然這是一個(gè)復(fù)雜的色差校正系統(tǒng)。實(shí)際設(shè)計(jì)了光子篩主鏡口徑為100mm，相反光焦度補(bǔ)償色差衍射光學(xué)元件口徑40nm，再聚焦反射鏡口徑為200mm的光子篩主鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)，獲得了譜段=522nm-562nm（40nm）的有用工作帶寬。

2014年至今，美國(guó)空軍學(xué)院正在研制“獵鷹衛(wèi)星-7”微衛(wèi)星，探索研發(fā)空間薄膜光子篩主鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)載荷，“獵鷹衛(wèi)星-7”采用波音公司為美國(guó)國(guó)家偵察局制造的殖民地II 3U-立方體衛(wèi)星為平臺(tái)，尺寸約為30cm×10cm×10cm，重量輕致5kg，載荷一臺(tái)口徑200mm、焦距1000mm的光子篩主鏡衍射薄膜望遠(yuǎn)系統(tǒng)，工作在單一的H-alpha波長(zhǎng)656.45nm，主要被用于觀測(cè)太陽(yáng)，不易實(shí)現(xiàn)寬光譜成像性能。

有鑒于此，開發(fā)一種新的薄膜光子篩空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)寬光譜成像，提高成像質(zhì)量，顯然是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種寬光譜薄膜光子篩空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬光譜成像、成像質(zhì)量差的缺陷。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種寬光譜薄膜光子篩空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)，沿光線入射方向，成像光路依次為薄膜光子篩主鏡、中繼透鏡、色差校正衍射鏡和再聚焦透鏡，所述薄膜光子篩主鏡與色差校正衍射鏡的光焦度相反而色散相同，所述空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)滿足，其中f1和f2分別為薄膜光子篩主鏡和色差校正衍射鏡的焦距，且f1和f2異號(hào)，D1和D2分別為薄膜光子篩主鏡和色差校正衍射鏡的口徑，中繼透鏡的放大倍率為β。

優(yōu)選地，所述薄膜光子篩主鏡和色差校正衍射鏡相對(duì)于中繼透鏡滿足物像關(guān)系式。

優(yōu)選地，根據(jù)光譜工作范圍，所述中繼透鏡和再聚焦透鏡為兩片式、三片式、四片式或多片式結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的原理如下：薄膜光子篩主鏡DOE1產(chǎn)生大的色差，對(duì)不同波長(zhǎng)的光線聚焦在不同的位置。在中心波長(zhǎng)2的焦平面位置放置中繼透鏡L1，在中繼透鏡后放置第二塊衍射透鏡，稱作色差校正衍射鏡DOE2。薄膜光子篩主鏡DOE1和色差校正衍射鏡DOE2相對(duì)于中繼透鏡L1滿足物像關(guān)系式，即DOE1經(jīng)過L1成像到DOE2位置。當(dāng)DOE2與DOE1具有相反光焦度、相同色散時(shí)，可以有效地校正薄膜光子篩主鏡DOE1產(chǎn)生的色差。光線通過負(fù)光焦度的DOE2后便是消色差的，但是光線是發(fā)散的，需要再聚焦透鏡L2對(duì)光線再次聚焦成像到焦平面上。若中繼透鏡L1和再聚焦透鏡L2為理想透鏡（無(wú)像差），原則上可以在任意光譜范圍達(dá)到完全消色差目的。

上文中，各個(gè)透鏡的面形可以是球面或者非球面。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型寬光譜薄膜光子篩空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)寬光譜成像，同時(shí)具有高的成像質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一中50nm帶寬復(fù)色光下的PSF分布圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一中50nm帶寬復(fù)色光下的MTF曲線圖。

其中：1、薄膜光子篩主鏡；2、中繼透鏡；3、色差校正衍射鏡；4、再聚焦透鏡。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：