折衍射混合双棱栅扫描技术的研究

摘要

旋转双棱镜扫描技术通过两棱镜的共轴独立旋转，改变光束的传播方向，实现大角度指向与扫描。在红外对抗、目标瞄准与跟踪等方面有广泛的应用前景。但在成像系统中棱镜的加入会带来色差，限制了旋转双棱镜的应用。本文采用衍射光学元件，与棱镜组合，构成折衍混合光学元件，实现消色差。并探究了旋转双棱镜及旋转双棱栅的扫描模式。
　　首先，根据折射元件和衍射元件的成像理论，确立了利用角色散的方法，设计棱镜和光栅参数，消除棱栅的角色差。
　　然后，通过光线追迹的方法，计算出当介质面分别为折射面和衍射面时，出射光线的矢量表达式。建立旋转双棱镜和旋转双棱栅的数学模型。根据求出的介质面分别为折射面和衍射面时，出射光线矢量表达式，推导了光束分别通过旋转双棱镜和旋转双棱栅的数学表达式。确立了光束扫描与棱镜和光栅参数、回转特性之间的关系。提出利用高度角和方位角表示出射光线的方向。
　　最后，以3~5μm中波红外为例，确立了棱镜和光栅的参数，再根据建立的旋转双棱镜和旋转双棱栅数学模型，用高度角和方位角表示波长不同时，出射光线的传播方向。利用MATLAB分析了旋转过程中双棱镜和双棱栅角色散的变化，利用ZEMAX分析了旋转过程中双棱镜和双棱栅色散的变化，验证了方法的可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 旋转双棱镜的应用及研究进展

1.3 衍射光学的发展现状及应用

1.4 论文研究的目的及内容

第二章 折衍混合光学元件的成像理论

2.1 高折射率模型

2.2 衍射光学元件的三级像差理论

2.3 衍射光学元件的色散性质

2.4 折衍射光学元件组合消色差

第三章 角色散方法消除旋转双棱栅色差

3.1 棱镜的角色散分析

3.2 光栅的角色散分析

3.3 组合消色差设计

第四章 双棱栅扫描的光线追迹算法研究

4.1 常用的扫描机构

4.2 出射光线的矢量表达式

4.3 旋转双棱镜的光线追迹

4.4 旋转双棱栅的光线追迹

第五章 双棱栅扫描的色差变化分析

5.1 棱镜和光栅的参数确定

5.2 旋转双棱镜和双棱栅角色差的比较

5.3 旋转双棱镜和双棱栅色差的比较

结论

致谢

参考文献

在攻读硕士期间发表的学术论文及参加的科研项目