Avec les progrès rapides de la technologie d'observation de la Terre basée sur l'espace, les applications militaires et civiles exigent des systèmes optiques qui atteignent simultanément les doubles défis: une imagerie haute résolution limitée par une quasi-diffraction à travers une large gamme spectrale (par exemple, 0,65 à 0,75 μm), tout en répondant aux exigences strictes pour la construction légère, la compacté et la rentabilité. Les télescopes réfléchissants traditionnels, bien que capables de corriger les aberrations à travers des configurations multi-miroirs et des conceptions asphériques, font face à des goulots d'étranglement critiques tels que la nécessité d'une précision de surface du miroir primaire mieux que λ / 20 (bande visible) et des difficultés à contrôler les déformations des structures à film mince. Ces limites augmentent considérablement la complexité et les coûts de fabrication.
Percée technique: innovation synergique de l'optique diffractive et des systèmes de réflexion
1 et 1 Principes de conception
Le principal défi dans la conception de télescopes diffractifs réside dans la forte dispersion chromatique des éléments diffractifs, qui ne peut se concentrer que la lumière précisément dans une plage spectrale extrêmement étroite. Pour permettre des applications à large bande des lentilles diffractives, la correction d'aberration chromatique est essentielle. Les lentilles de réfraction conventionnelles utilisent généralement des structures cimentées combinant des lunettes avec différentes propriétés de dispersion pour corriger les aberrations chromatiques sur des gammes spectrales spécifiques. Cependant, cette approche ne peut pas être directement appliquée aux lentilles diffractives, car tous les éléments diffractifs partagent des caractéristiques de dispersion identiques - IE, le nombre d'abbé d'un élément diffractif dépend uniquement de la longueur d'onde:
V0 = λ0 / （λ1-λ2）
2. Objectif diffractif planaire: noyau léger
Une lentille diffractive planaire avec des structures de relief à l'échelle micron sert d'objectif, intégré à un substrat ultra-mince (épaisseur totale <20 μm). Cela permet une conception super légère avec une ouverture de 1000 mm, 8 m focale (f / # = 100).
Par rapport aux réflecteurs traditionnels, la masse est réduite de plus de 80% et la tolérance à la figure de surface est détendue à λ / 5, ce qui réduit considérablement la difficulté de fabrication.
La conception transmissive annule les retards de trajet à double surface, les erreurs de figure de surface de rendu négligeables aux différences de chemin optique - rupture des limitations de précision des systèmes de réflexion conventionnels.
3. Céléphone à trois miroirs hors axe: correction chromatique et compacité
Un système coaxial hors axe à trois miroirs avec des surfaces asphériques coniques élimine les erreurs d'excentricité d'alignement.
La compensation de surface diffractive intégrée atteint une correction chromatique complète à travers 0,65–0,75 μm dans un champ de vision de 0,02 ° × 0,035 ° (FOV), avec des diamètres de tache <8 μm.
Le système offre MTF> 0,5 à 30 lp / mm de fréquence spatiale, approchant des performances d'imagerie limitées par diffraction.
Validation technique clé
Couverture spectrale: performance achromatique dans une bande continue de 0,65 à 0,75 μm
Résolution: MTF> 0,5 à 30 lp / mm
Tolérance à l'alignement: exigence de précision de la surface du miroir réduit à λ / 5
Évolutivité: les conceptions de lentilles de diffraction harmoniques peuvent étendre la couverture au spectre complet (recherche en cours)
Développement futur
Les conceptions de courant sont limitées par l'ouverture de l'oculaire, résultant en un petit FOV (0,02 ° × 0,035 °). Les voies d'optimisation comprennent:
Objectif diffractif harmonique: étendre la bande passante opérationnelle à 0,5 à 1,2 μm
Intégration de miroir de forme libre: Développez FOV à 0,1 ° × 0,15 °
Conception optique modulaire: activer un alignement efficace pour les systèmes à plus grande hauteur (> 2 m)
Conclusion
Cette solution de télescope diffractif résout le conflit de longue date entre la conception légère et la haute résolution dans les systèmes optiques spatiaux grâce à l'intégration innovante des objectifs diffractifs planes et des oculaires à trois miroirs hors axe. Il fournit une voie technique viable pour les satellites d'observation de la Terre de nouvelle génération, l'exploration en espace en profondeur et les missions connexes. Avec les exigences de tolérance de surface détendue et l'architecture modulaire, la conception réduit considérablement les coûts de fabrication, accélérant l'application évolutive de systèmes optiques d'espace de haute précision.