基于硫系玻璃的连续变焦长波红外成像系统研究

摘要

随着光学设计技术和光学工艺技术的发展，光学精密仪器的设计与制造也得到了飞速发展。连续变焦光学系统作为光学设计的分支，其连续观察远方物体成像的特点具有更加明显的优势。近年来，随着大变倍、大孔径和新材料的研究取得成果，连续变焦必将在光学设计领域取得更大的飞越。长波红外热成像在军事、工业、医疗、科研、安防等方面已经有了越来越多的应用。非制冷探测器技术和信号处理技术的飞速发展也加速了热成像技术的应用和传播。传统常规的红外材料主要集中单晶硅、单晶锗、硒化锌、硫化锌、氟化钙等，常规材料需采用费时且昂贵的单点金刚石技术加工设计所需要的球面、非球面或衍射面。这些加工方法和技术也固化了在红外成像方面系统性能的提高，无法真正带来热成像系统质的飞越。近年来，硫系玻璃成为了红外成像领域研究的热门方向。国内几家科研单位正全面致力于研究硫系玻璃的性能和特质，其在光纤、波导、超连续谱、非线性和热成像领域有了一定的突破。
　　本文旨在研究硫系玻璃在热成像领域的光学设计方法和技巧，寻究设计简单、价格便宜且性能良好的热成像系统。在成像基础上，研究硫系玻璃在无热化设计、机械化表征模压、色差性能和材料结合的连续变焦长波红外成像系统。经过一系列的设计、表征和分析，设计光学结构进行验证和理论证明。在设计方面，通过设计双波段系统和连续变焦扩束镜来研究硫系玻璃波长表现、材料性能；通过设计车载热成像镜头来验证自适应无热化红外系统的正确性；实验部分，基于硫系玻璃的大范围的应用和市场化，设计检测硫系玻璃内部缺陷、非均匀性的大口径镜头装置，此装置能够很好地表征抛光、大口径硫系玻璃内部裂纹、气孔、杂质等缺陷。长波变焦最终设计，根据变焦原理、无热化设计理论，采用实验室自制、自选性能优良的硫系玻璃，设计仿真了基于硫系玻璃的长波红外连续变焦系统。本论文研究主要分为：
　　第一章主要介绍长波红外连续变焦的背景和意义，其在国际、国内的发展状况，概括性的介绍变焦设计的发展方向，以及近年来硫系玻璃在变焦领域取得的进展和历史背景；第二章主要介绍硫系玻璃的性能进行特性；第三章主要介绍红外成像系统无热化设计理论基础；第四章主要介绍变焦设计基础理论知识；第五章主要分析硫系玻璃红外系统设计无热化验证。第六章主要介绍硫系玻璃在中、长波性能和无热化验证；第七章主要介绍变焦理论和硫系玻璃结合应用设计扩束系统；第八章是最终设计硫系玻璃的长波红外无热化连续变焦光学镜头；第九章总结与展望。

目录

声明

引言

1绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2长波红外连续变焦国际、国内研究进展与现状

1.3硫系玻璃在红外成像领域应用

1.4红外变焦镜头的发展趋势

1.5研究目的、研究内容和创新

2硫系玻璃性能研究

2.1 透过光谱

2.2热稳定性

2.3 高精度模压性

2.4 均匀性

2.5 本章小结

3红外成像系统无热化设计理论基础

3.1 坐标法无热化理论

3.2 折衍射无热化理论

3.3 本章小结

4 变焦设计基础理论知识

4.1变焦系统的变焦过程理论分析

4.2变焦系统的分类

4.3变焦系统变焦方程的讨论

4.4本章小结

5 硫系玻璃红外系统设计无热化理论验证

5.1引言

5.2镜头设计

5.3 本章小结

6 硫系玻璃在波长表现和无热化理论结合验证

6.1光学材料选择

6.2探测器选取

6.3设计选型

6.4光学系统评价

6.5 本章小结

7变焦理论和硫系玻璃结合应用设计扩束镜验证

7.1主要研究内容

7.2系统设计方案

7.3系统设计结果和评价

7.4 本章小结

8硫系玻璃的长波红外无热化连续变焦光学镜头最终设计

8.1设计参数

8.2像质评价

8.3机械补偿式无热化设计

8.4 本章小结

9总结与展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢