【摘要】：雜散輻射抑制是集光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、表面材料、輻射傳熱、軌道仿真等多學(xué)科的一個交叉領(lǐng)域,貫穿著系統(tǒng)設(shè)計、加工、檢測、裝調(diào)、集成全過程。而空間光學(xué)系統(tǒng)易受太陽、地球、月亮等視場外強(qiáng)雜光光源的影響,其輻射能量往往比觀測目標(biāo)高出幾個數(shù)量級,若不進(jìn)行有效的抑制,其雜光可能經(jīng)低級次散射到達(dá)探測器,嚴(yán)重影響在軌光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量和目標(biāo)分辨能力。對可見光譜段的光學(xué)系統(tǒng),外部雜散輻射起主要作用。對于中長波紅外光學(xué)系統(tǒng),則為外部雜光與內(nèi)部自身雜散輻射的共同作用。近年來,隨著光電系統(tǒng)對遠(yuǎn)距離、暗弱目標(biāo)、超大視場、多光譜等探測需求不斷增加,雜散輻射抑制水平限制了光學(xué)系統(tǒng)探測性能的進(jìn)一步提高。傳統(tǒng)被動接受式的雜光仿真分析手段已經(jīng)逐漸無法滿足相關(guān)領(lǐng)域的需求,迫切需要新型的消雜光設(shè)計方法與手段。為此,本文分別針對天文探測的大口徑長焦距天文望遠(yuǎn)系統(tǒng)的、對地觀測的超大視場離軸系統(tǒng)及深空探測的緊湊型長波紅外光學(xué)系統(tǒng)的成像性能與雜光抑制方面的不同需求,提出將光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與消雜光設(shè)計相結(jié)合的方法,將雜散輻射抑制的思想貫穿光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計流程的始終。在保證成像質(zhì)量的前提下,通過反射光學(xué)系統(tǒng)空間排布、透射系統(tǒng)紅外材料選擇與消光陷阱的優(yōu)化,顯著提高了光學(xué)系統(tǒng)雜散輻射的抑制能力。文章在大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,研究了國內(nèi)外雜散輻射的發(fā)展?fàn)顩r,闡明了雜散輻射在系統(tǒng)性能評價中的重要地位與意義。主要研究工作和結(jié)果如下:1、總結(jié)歸納了一系列遮光罩的設(shè)計理論與方法,推導(dǎo)了適用于離軸寬幅光學(xué)結(jié)構(gòu)的遮光罩參數(shù)計算公式。完善了雜光分析軟件中的參數(shù)輸入。設(shè)計比較了適用于空間天文望遠(yuǎn)鏡的多種光學(xué)結(jié)構(gòu)形式及其雜光抑制特性,完成復(fù)雜環(huán)境下多種雜光源指標(biāo)分解與詳細(xì)的雜光量化仿真分析。2、提出了一種基于類比反遠(yuǎn)距系統(tǒng)光焦度分配理論的全球面反射系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)快速構(gòu)建方法,并完成相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。解決了離軸系統(tǒng)因視場漸暈引起的雜光亮邊問題,實現(xiàn)了小規(guī)避角下的高抑制比消雜光設(shè)計,并完成系統(tǒng)整機(jī)的雜光真空實測方案設(shè)計與實施。提出基于齊次坐標(biāo)矩陣變換的方法,推導(dǎo)了雜光光源與離軸系統(tǒng)間的角度變換公式,對成像視場區(qū)域進(jìn)行有效剪切,實現(xiàn)了離軸平面對稱系統(tǒng)雜光系數(shù)的解算。3、以緊湊型折返式長波紅外光學(xué)系統(tǒng)為實例,通過紅外透射材料選擇優(yōu)化設(shè)計,內(nèi)遮光罩與視場光闌的結(jié)構(gòu)形式、制冷探測器杜瓦瓶內(nèi)部光闌復(fù)雜化等光機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)合設(shè)計,及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)表面發(fā)射率的動態(tài)優(yōu)化,在保證光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)的前提下,大幅度降低光機(jī)系統(tǒng)的自身輻射能量。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O439

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本文編號：2569543