【摘 要】
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空间深紫外探测技术是一种新兴空间探测手段,主要接收各种天体在深紫外波段内各种元素极强的吸收线和发射线,用于紫外天文学中数据观测和天体模型构建等空间探索的研究。深紫外照相光学系统作为空间深紫外探测装置的核心部分,直接决定了探测系统性能。为了满足空间探测系统大视场、高精度、热稳定以及发射成本低等要求,透射式照相系统在探测应用中占据着十分重要的位置,然而由于深紫外波段可用材料十分有限,所以通常深紫外光学
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空间深紫外探测技术是一种新兴空间探测手段,主要接收各种天体在深紫外波段内各种元素极强的吸收线和发射线,用于紫外天文学中数据观测和天体模型构建等空间探索的研究。深紫外照相光学系统作为空间深紫外探测装置的核心部分,直接决定了探测系统性能。为了满足空间探测系统大视场、高精度、热稳定以及发射成本低等要求,透射式照相系统在探测应用中占据着十分重要的位置,然而由于深紫外波段可用材料十分有限,所以通常深紫外光学系统色差不易校正,热稳定性难以保证以及设计结构比较复杂。本文通过对深紫外光学系统设计过程的分析,考虑到深紫外辐射波段可用材料较少以及材料色散较大等限制,提出了拆分再组的初始结构无热化设计方法。该方法首先根据消热差、消色差方程组计算出系统的色残差与热残差,然后依据设计参数确定系统分组数,其次根据边界条件选择最优色残差、热残差,并按照光瞳衔接原则组合,最后通过简单调整完成空间深紫外照相光学系统初始结构的搭建。基于拆分再组设计的初始结构,在不影响系统透过率的前提条件下,通过加入特殊面型提升系统的性能。其中加入非球面虽然能够提升系统的光学性能,但是最终设计结构仍然复杂并且使用了特殊材料。与之相比,折衍混合系统利用衍射光学元件的成像特性,去除了系统中特殊材料,减少了镜片数,提升了系统光学性能,最终实现深紫外照相光学系统无热化设计过程和结构的简化,并对单层衍射光学元件在深紫外波段成像特性进行了分析。针对实际应用,本文基于拆分再组无热化设计与单层衍射光学元件相结合的方法,对一焦距为110mm,F数为3.5,视场为20°,实现了-60℃～+100℃范围内空间深紫外照相光学系统设计的无热化,所得系统在奈奎斯特频率18.5lp/mm处,MTF均大于0.68。在波段为230nm～270nm范围内,单层衍射光学元件的设计波长为248.7nm时带宽积分衍射效率有最大值98.99%,且受温度影响较小。结果表明该方法能够为解决宽温度范围内深紫外透射式光学系统的热离焦、设计过程繁琐以及结构复杂等问题提供参考思路。
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