[發明專利]一種長波紅外復合光學系統

有效

• 申請號: 201910792371.0
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110488394B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 易飛;張恒;侯銘銘
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02B5/00;G02B13/14;G02B1/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種長波紅外復合光學系統，其特征在于，包括：雙級聯超表面元件、透鏡組以及紅外焦平面探測器；

所述雙級聯超表面元件包括：第一超表面、第二超表面以及介質襯底層；所述第一超表面和第二超表面分別設置于介質襯底層的前表面和后表面；所述第一超表面和第二超表面均由一系列柱狀結構單元按照六方晶格周期陣列排列而成，柱狀結構單元的高度全部相同且介于所探測的紅外波長量級，柱狀結構單元的半徑介于亞波長量級；所述雙級聯超表面元件用于對入射光的波前進行調控，實現對入射光的高級像差進行校正后出射，所述入射光的波長在長波紅外波段；

所述透鏡組置于雙級聯超表面元件出射光的一側，包括沿光軸依次設置的第一正透鏡和第二正透鏡；所述透鏡組用于對入射光的初級像差進行校正并對光線進行聚焦后出射；

所述紅外焦平面探測器包含沿光軸依次設置的探測器窗口和紅外焦平面陣列，所述探測器窗口用于濾除系統的雜散光及探測波段外的光線，所述紅外焦平面陣列用于對聚焦后的紅外光線入射光實現探測成像；

所述透鏡組用于分配所述雙級聯超表面元件的光焦度；

所述第一超表面六方晶格周期陣列的相位分布φ₁和第二超表面六方晶格周期陣列的相位分布φ₂分別滿足如下表達式：

其中，ρ為超表面徑向坐標，R為歸一化半徑，A₁、B₁、C₁、D₁、A₂、B₂、C₂、D₂均為多項式系數；進一步利用光線追跡法對所述歸一化半徑R和相位分布多項式系數A₁、B₁、C₁、D₁、A₂、B₂、C₂、D₂進行優化，使雙級聯超表面元件實現對入射光線的波前調控并能夠校正入射光的高級像差，進而確定第一超表面與第二超表面六方晶格周期陣列的相位分布方式。

2.根據權利要求1所述的長波紅外復合光學系統，其特征在于，根據所述六方晶格周期陣列的相位分布與柱狀結構單元半徑的關系，確定六方晶格周期陣列每個位置處柱狀結構單元的半徑。

3.根據權利要求2所述的長波紅外復合光學系統，其特征在于，所述柱狀結構單元的材料為鍺，所述介質襯底層的材料為氟化鋇。

4.根據權利要求2所述的長波紅外復合光學系統，其特征在于，利用光線追跡法對所述介質襯底層的厚度進行優化。

5.根據權利要求2所述的長波紅外復合光學系統，其特征在于，雙級聯超表面元件的光焦度Φ₁與透鏡組的光焦度Φ₂滿足條件表達式：Φ₁/Φ₂2。

6.根據權利要求2所述的長波紅外復合光學系統，其特征在于，所述第一正透鏡、第二正透鏡以及探測器窗口均采用長波紅外可以透過的材料，包括鍺、氟化鋇、硫化鋅、硒化鋅中的一種或任意組合。