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用于红外成像的菲涅尔透镜设计与分析

信息来源: http://ggbsw.combbin体育  时间:2016/9/29 9:00:30 

菲涅尔透镜

随着加工手段的不断发展,人们对于光学元件的功能要求越来越高,元件尺寸趋向微型化。以台阶状菲涅尔透镜为代表的衍射光学在近年来发展迅速,菲涅尔透镜具有体积小、重量轻、易于复制等优点,在诸多领域都有着越来越重要的应用,尤其在红外探测、红外激光测距等领域发挥着十分重要的作用。本文在总结和归纳国内外现有的衍射光学元件设计方法和加工手段的基础上,针对用于红外波段的二元菲涅尔透镜,研究其二元衍射面的设计和算法,并分析其关键结构参数误差对衍射效率的影响,探索其关键结构参数在加工过程中的容差范围。主要在以下几方面对衍射光学元件中的台阶状菲涅尔透镜进行了研究。第一,对目前衍射光学元件设计涉及的标量衍射理论及矢量衍射理论进行了调研。研究了基于标量衍射理论的各种设计算法和在亚波长结构条件下设计方法。第二,研究了二元衍射微结构的关键参数与菲涅尔透镜的的衍射效率之间的关系,并利用MATLAB软件编制了程序开展模拟研究,对加工误差与衍射效率之间的关系进行了研究。第三,在理论研究的基础上,针对工作在红外波段1064nm的二元菲涅尔透镜,设计了视场角为0.3°,焦距为100mm,口径分别为3mm与30mm的二元菲涅尔透镜,给出了设计过程与结构参数。并对其结果进行了分析,所得到的3mm口径的透镜衍射效率可以达到93.36%,30mm口径的衍射效率为90.13%,弥散斑尺寸等参数满足了设计要求。第四,结果表明,对于光源波长的变化,当波长偏向于短波段时,其衍射效率的变化要比偏向于长波段时要大。对于台阶深度的变化,当台阶深度加工误差控制在5%以内时,对衍射效率的影响较小。

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