折衍/反衍天文望远系统设计

摘要

现代空间天文望远镜越来越趋于大型化和空间化的设计方向，要求提高空间望远镜的光接收能力、分辨能力以及探测精度和探测范围。在空间望远镜的设计应用中，衍射光学器件显示出越来越广阔的应用前景和应用价值。
　　本文将衍射光学器件分别与折射光学器件和反射光学器件相结合，利用衍射结构的高折射率模型和改进的光学设计方法，设计了不同的混合光学系统。在文章中研究了使用改进的PWC方法表示的折/衍混合光学系统初级像差理论，并将这一理论进一步应用于反/衍混合光学系统的设计中。镜面上刻蚀衍射光学器件，利于矫正系统像差，减少二级光谱的产生，从而提高成像质量，并实现达到系统大视场的设计要求。该设计方法还可以减少特殊材料或者复杂面形的使用，降低天文等大型光学系统对制作材料的苛刻要求和制作难度，减少研发费用；除此以外，整个光学系统的结构也更加紧凑，并且加强了光学系统对外部环境的适应能力。
　　本文主要进行了以下几方面的研究工作：
　　1.根据光学系统设计中天文望远镜的发展现状，寻找一种新的设计方法，进一步提高天文望远镜的成像质量，并提出在光学系统中添加衍射光学器件的设计构想。探究了衍射光学器件的基本性质，为后续研究工作奠定基础。
　　2.确定了光学系统的设计方案，分析了折/衍混合光学系统设计的高折射率表示方法及其双胶合模型，该设计系统的焦距为4000mm，口径为500mm，要求衍射光学器件的焦距'f为15000mm左右，数值孔径 fD/=0.0325。视场角为0.5°、工作波段在0.5μm~0.8μm之间。在折/衍混合光学系统设计方法的基础上研究了反/衍混合光学系统。
　　3.根据反射式望远镜的设计原理与衍射光学器件的光学性质，设计了一个反/衍混合大口径大视场卡塞格林望远镜系统。该系统口径为500mm，系统焦距为2000mm，视场角为3.2°。并且对比分析了在相同焦距，不同视场角要求和相同视场角，不同焦距要求条件下系统的成像性质，影响因素以及改善方式。

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第1章 绪 论

1.1 天文望远镜的发展

1.2 天文望远镜系统的研究意义

1.3 混合天文望远镜

1.4 论文安排

第2章 混合光学系统的设计与研究

2.1 衍射光学的特点

2.2 折/衍混合光学器件

2.3 折/衍混合光学系统的设计步骤

2.4 反/衍混合光学系统

2.5 衍射光学器件的加工工艺及应用

本章小结

第3章 折/衍混合大口径长焦距天文望远镜系统的设计

3.1设计要求

3.2设计意义

3.3实验验证

3.4折/衍混合光学系统设计实例

本章小结

第4章 反/衍混合大口径大视场卡塞格林望远镜系统的设计

4.1 传统卡塞格林系统分析

4.2 反/衍混合望远镜设计的意义

4.3 设计及分析

4.4 反/衍混合卡塞格林系统设计实例

4.5 系统分析

4.6 对比设计结果

本章小结

第5章 全文总结和展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文

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