【摘 要】
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近年来,二元光学元件由于具有高衍射效率、独特的色散特性、高设计自由度及宽广的材料可选性等独特的性能,促进了光学系统实现集成化,微型化和阵列化,开辟了光学发展的新领域
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近年来,二元光学元件由于具有高衍射效率、独特的色散特性、高设计自由度及宽广的材料可选性等独特的性能,促进了光学系统实现集成化,微型化和阵列化,开辟了光学发展的新领域,具有十分重要实际意义和广阔的应用前景,衍射光学元件的发展已引起了各国相关科学家的高度关注。本文基于目前衍射元件的研究成果,总结了单层衍射元件和双层衍射元件的不足,提出一种三层衍射光学元件,这种新型的三层衍射元件能够适用于宽光谱大视场角光学系统的成像。主要工作内容如下:首先,本文总结了二元光学元件的发展背景和研究现状,分析了单层衍射元件和双层衍射元件的衍射效率特性。重点研究了视场角对双层衍射元件衍射效率的影响,研究结果表明,当视场角超过某一角度时,衍射效率迅速减小,所以双层衍射元件应用在视场角较大的光学系统中时,光能利用率低,会影响系统的成像质量。其次,论文基于双层衍射元件的衍射效率理论基础,提出构造三层衍射元件,即将双层衍射元件两层衍射微结构中间的空气层用其他具有色散特性的光学材料代替,增加衍射效率的控制变量,使三层衍射元件可以在宽光谱、大视场角时仍能保持高的衍射效率。文中给出了三层衍射元件的结构和设计理论,推导出了光线正入射和斜入射时衍射效率的公式,对影响衍射效率的因素进行了具体分析,具体的计算数据表明三层衍射元件能够适用于宽光谱大视场角的光学系统;文中研究了三层衍射元件的材料选择问题,得到了构成三层衍射元件材料选择的规律。最后,将研究得到的三层衍射元件分别应用在60。视场的头盔显示目镜系统和40。视场的微光夜视物镜系统,能够满足成像探测器要求、简化系统的结构、减轻系统的重量、实现光学系统的轻小化。
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