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多反射望远镜系统的设计

李兴隆

  反射光学望远镜具有广泛的应用,反射望远镜在成像过程中不产生色差,并可以实现大孔径、高分辨率的遥感。文中就多种反射望远镜的应用与反射望远镜系统设计的发展进行了概述。 目前,反射光学望远镜系统的设计方法已经发展至四反射的,在光学设计方法的指导下,可以较高效率的完成四反射望远镜的光学设计。五反射望远镜已于2011年在美国雷神公司(Raytheon Company)研制,但五反射望远镜光学设计方法还没有建立,于是出现了光学设计方法滞后于望远镜应用的局面。为了克服光学设计方法滞后于望远镜应用的局面,顺利实现多反射望远镜的光学设计,在前人科研成果的基础上进一步发展,本文分别建立了孔径光阑位于第一镜面处的同轴五反射、同轴六反射光学望远镜系统的设计方法。对同轴六反射望远镜系统的光学设计方法进行数学物理的处理,可以分别得到同轴五反射、四反射、三反射、二反射与一反射望远镜的光学设计方法。以同轴五反射光学设计方法为基础,经过数学物理处理后,同样可以得到少于五个反射面的同轴望远镜的光学设计方法。以此类推可知,反射次数多的望远镜的设计方法包含了反射次数少的望远镜的设计方法,反射次数少的望远镜的设计方法是反射次数多的望远镜的设计方法的特例。 在多反射望远镜设计方法的指导下,可以较高效率地完成光学设计。以二反射、三反射望远镜的光学设计为例,通过求解光学设计方法中的方程组,获得光学初始结构参数,经过光学设计软件的优化,可以较高效率的完成光学设计。按照上述求解方程组进行设计的方法,文中还分别给出了宽视场离轴三反射、宽视场离轴四反射、宽视场离轴五反射与宽视场离轴六反射望远镜的光学设计: 1.三反射望远镜系统 离轴三反射望远镜系统在视场宽、系统F/#小的情况下,系统的后光路很难实现多于三个通道的分色,约束了离轴三反射望远镜功能的进一步增多。针对具有中间像面、光学视场4.4°×0.2°、小F/#(F/3)的离轴三反射望远镜系统,应用自由曲面分色片进行分色,获得了包括可见光波段、近红外波段、短波红外波段与中波红外波段四个通道的离轴三反射光学望远镜。 2.四反射望远镜系统 在三反射望远镜的基础上再引入一个镜面,实现光束的四次反射,可以降低光学制造的难度。针对光学视场16°×0.2°、小F/#(F/3)、中波红外波段的指标要求,设计了离轴四反射望远镜;针对光学视场20°×1。、大F/#(F/10)、可见光波段(兼容紫外波段)的指标,设计了离轴四反射望远镜。 3.五反射望远镜系统 针对光学视场20°×0.2°、小F/#(F/3)、近红外波段的指标要求,应用四个镜面实现五次反射,完成了宽视场离轴五反射光学望远镜的设计。 4.六反射望远镜系统 针对光学视场32°×2。、小F/#(F/3.33)、可见光(兼容紫外、近红外与短波红外)波段的指标要求,采用六个反射镜面,完成了宽视场离轴六反射光学望远镜的设计。 在多反射望远镜系统的设计方法指导下,较高效率地设计出的光学望远镜系统,像质良好,均达到设计指标要求。 综上所述,同轴五反射与六反射望远镜系统的设计方法,可以在目前以及将来一段时间里指导五反射与六反射望远镜系统的光学设计;同轴六反射望远镜系统的设计方法,实现了不多于六个反射镜面的同轴望远镜系统设计方法的数学统 可以提高多反射望远镜系统设计的效率。……   
[关键词]:光学设计;像差;反射镜;望远镜;光学系统
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:复旦大学2013年