基于AOTF的超光谱变焦光学系统设计

摘要

超光谱成像技术是一种图谱合一的光电探测识别技术，是光谱学和光学成像技术的有机结合。分光元件是超光谱成像系统中的核心部分，分光元件的性能直接决定了系统光谱成像的质量。声光可调滤波器(AOTF)是由各向异性介质中的声光相互作用研制而成的一种新型分光元件。为了有效提高超光谱成像系统的探测效率，本文设计了一种基于AOTF的超光谱变焦光学系统。
　　超光谱变焦光学系统分别由前置变焦系统、准直系统以及会聚成像系统这三个部分组成。在实际使用过程中，三者综合应用从而达到总体变焦的目的。为了要让整体系统获取最高能量利用率，本文把孔径光阑放置在前置变焦系统上，使其出瞳经后端系统成像在AOTF晶体中心处。根据AOTF晶体的尺寸和入射角孔径的要求与各个子系统间的对应关系计算出合理的指标参数。并综合考虑超光谱变焦光学系统MTF的合理化分配以及人眼视觉阈的前提下，对整体系统提出了评价指标。
　　根据算出的具体指标参数，首先对三个子系统分别进行优化设计，然后将其组合完成最后超光谱变焦光学系统的优化设计。根据物像交换原则计算出前置变焦系统的初始结构，并对其进行优化设计。而准直系统和会聚成像系统则采用缩放法来找出合理的初始结构，并对其进行优化。对设计结果的综合评价反映，超光谱变焦光学系统在各焦距位置、各波长上的成像质量均达到了设计指标，满足了超光谱成像系统的使用要求。最后根据动态光学稳像理论，应用MATLAB软件计算，并拟合出超光谱变焦光学系统的凸轮曲线图。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 超光谱成像技术的国内外发展情况

1．3 光谱成像系统的分类

1．4 声光可调滤波器的国内外发展情况

1．5 课题的研究目的和意义

1．6 本文研究的主要内容

第二章 超光谱变焦光学系统的组成与分析

2．1 超光谱变焦光学系统的组成及其工作原理

2．2 AOTF的工作原理

2．3 超光谱变焦光学系统各子系统的分析

2．4 本章小结

第三章 光学系统的像质评价与超光谱变焦系统的指标分析

3．1 引言

3．2 光学系统像质评价的方法

3．3 超光谱变焦光学系统的指标分析

3．4 本章小结

第四章 超光谱变焦光学系统的设计与优化

4．1 超光谱变焦光学系统的波长

4．2 前置变焦系统的设计与优化

4．3 准直系统的设计与优化

4．4 会聚成像系统的设计与优化

4．5 超光谱变焦光学系统的设计与优化

4．6 本章小结

第五章 超光谱变焦光学系统的总体评价

5．1 AOTF晶体的入射角孔径

5．2 超光谱变焦光学系统成像质量的评价

5．3 超光谱变焦光学系统的凸轮曲线

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献