Благодаря быстрому развитию космических технологий наблюдения за землей, как военные, так и гражданские применения требуют оптических систем, которые одновременно достигают двойных проблем: ограниченное на расстоянии ограничиваемой дифракции в широком спектральном диапазоне (например, 0,65–0,75 мкм), в то же время удовлетворяя строгие требования к легким строительству, компактности и экономичности. Традиционные рефлексивные телескопы, хотя и способные исправлять аберрации с помощью мультимирроров, конфигураций и асферических конструкций, сталкиваются с критическими узкими местами, такими как необходимость в точности первичной зеркальной поверхности, чем λ/20 (видимая полоса) и трудности в управлении деформациями тонких филосовых конструкций. Эти ограничения значительно увеличивают сложность и затраты на производство.
Технический прорыв: синергетические инновации дифракционной оптики и рефлексивных систем
1 Принципы дизайна
Основная проблема в проектировании дифракционных телескопов заключается в сильной хроматической дисперсии дифракционных элементов, которые могут точно фокусировать свет только в чрезвычайно узком спектральном диапазоне. Для обеспечения широкополосного применения дифракционных линз необходима коррекция хроматической аберрации. Обычные преломляющие линзы обычно используют цементированные конструкции, объединяющие очки с различными дисперсионными свойствами, чтобы исправить хроматические аберрации по сравнению с конкретными спектральными диапазонами. Однако этот подход не может быть непосредственно применен к дифракционным линзам, поскольку все дифрактивные элементы имеют идентичные характеристики дисперсии - IE, число дифракционного элемента зависит исключительно от длины волны:
V0 = λ0/(λ1-λ2)
2. Планарная дифракционная цель: легкое ядро
Планарная дифракционная линза с рельефными структурами микронного масштаба служит объективной, интегрированной с ультратонким субстратом (общая толщина <20 мкм). Это обеспечивает супер-легкий дизайн с апертурой 1000 мм, 5-метровым фокусным расстоянием (F/#= 100).
По сравнению с традиционными отражателями масса уменьшается более чем на 80%, а толерантность к поверхностной фигуре ослаблен до λ/5, что значительно снижает сложность производства.
Перепускающий дизайн отменяет задержки с двойной поверхностью, что доставляет ошибки поверхности фигуры, незначительные к различиям в оптическом пути,-выявляя точные ограничения обычных отражающих систем.
3. вне осевого окуля
Коаксиальная вне осевая система с трехмиррором с коническими асферическими поверхностями устраняет ошибки эксцентриситета выравнивания.
Интегрированная дифракционная поверхностная компенсация достигает полной хроматической коррекции на 0,65–0,75 мкм в пределах поля зрения 0,02 ° × 0,035 ° (FOV), с точечными диаметрами <8 мкм.
Система обеспечивает MTF> 0,5 при пространственной частоте 30 л.п./мм, приближаясь к дифракционной производительности визуализации.
Ключевая техническая проверка
Спектральное покрытие: ахроматическая производительность в течение 0,65–0,75 мкм непрерывной полосы
Разрешение: MTF> 0,5 при 30 л.п./мм
Допустимость выравнивания: требование точности поверхности зеркала снижается до λ/5
Масштабируемость: конструкции гармонических дифракционных линз могут расширить охват до полного спектра (текущие исследования)
Будущее развитие
Конструкции тока ограничены апертурой окуляра, что приводит к небольшому FOV (0,02 ° × 0,035 °). Пути оптимизации включают:
Гармоническая дифракционная цель: расширить пропускную способность работы до 0,5–1,2 мкм
Интеграция зеркала свободной формы: разверните FOV до 0,1 ° × 0,15 °
Модульная оптическая конструкция: включите эффективное выравнивание для систем более крупной аперты (> 2 м)
Заключение
Это дифрактивное решение телескопа разрешает давний конфликт между легким дизайном и высоким разрешением в оптических системах космических средств посредством инновационной интеграции плоских дифракционных целей и вне осевых окусок с тремя видами. Он обеспечивает жизнеспособный технический путь для спутников наблюдения за землей следующего поколения, исследования глубокого пространства и связанных с ними миссий. Благодаря расслабленной поверхностной толерантности и модульной архитектуре, дизайн резко снижает производственные затраты, ускоряя масштабируемое применение высокопроизводительных пространственных оптических систем.