[实用新型]一种宽光谱薄膜光子筛空间望远系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种宽光谱薄膜光子筛空间望远系统，属于光学技术领域。

背景技术

为了实现大口径、轻量化的空间光学应用，衍射成像元件可以利用其平面薄膜结构实现大口径、高分辨聚焦功能。在大口径的空间光学应用中，可以大幅度降低成像系统的质量和体积。因此，衍射成像元件在空间光学应用领域具有独特的优势和巨大的潜能。

1999年，美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室提出了将超大衍射光学器件应用到天文望远系统中（Eyeglass），主镜为口径100m的衍射光学薄膜元件，把衍射主镜分成许多子衍射透镜，把他们精确的拼接在一起形成等效大口径的衍射光学元件，并讨论了大口径平面薄膜衍射主镜的折叠、展开方法，分别通过实验验证了它们的光学性能，同时也验证了该方案的可行性。但是该空间望远系统只有大口径衍射镜构成，由于衍射成像基本原理，只能对单波长清晰成像，不能实现宽光谱成像。

2007年，美国空军学院（U.S. Air Force Academy）的Andersen等人提出的将大口径光子筛薄膜作为主镜的空间望远系统，另一个相反光焦度衍射光学元件被设计去补偿光子筛主镜的色差特性，并且有两个大于光子筛主镜的反射镜（反射镜1和反射镜2）用于准直光路并聚焦，显然这是一个复杂的色差校正系统。实际设计了光子筛主镜口径为100mm，相反光焦度补偿色差衍射光学元件口径40nm，再聚焦反射镜口径为200mm的光子筛主镜望远系统，获得了谱段=522nm-562nm（40nm）的有用工作带宽。

2014年至今，美国空军学院正在研制“猎鹰卫星-7”微卫星，探索研发空间薄膜光子筛主镜望远系统载荷，“猎鹰卫星-7”采用波音公司为美国国家侦察局制造的殖民地II 3U-立方体卫星为平台，尺寸约为30cm×10cm×10cm，重量轻致5kg，载荷一台口径200mm、焦距1000mm的光子筛主镜衍射薄膜望远系统，工作在单一的H-alpha波长656.45nm，主要被用于观测太阳，不易实现宽光谱成像性能。

有鉴于此，开发一种新的薄膜光子筛空间望远系统，实现宽光谱成像，提高成像质量，显然是有必要的。

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种宽光谱薄膜光子筛空间望远系统，解决现有技术中无法实现宽光谱成像、成像质量差的缺陷。

为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种宽光谱薄膜光子筛空间望远系统，沿光线入射方向，成像光路依次为薄膜光子筛主镜、中继透镜、色差校正衍射镜和再聚焦透镜，所述薄膜光子筛主镜与色差校正衍射镜的光焦度相反而色散相同，所述空间望远系统满足，其中f1和f2分别为薄膜光子筛主镜和色差校正衍射镜的焦距，且f1和f2异号，D1和D2分别为薄膜光子筛主镜和色差校正衍射镜的口径，中继透镜的放大倍率为β。

优选地，所述薄膜光子筛主镜和色差校正衍射镜相对于中继透镜满足物像关系式。

优选地，根据光谱工作范围，所述中继透镜和再聚焦透镜为两片式、三片式、四片式或多片式结构。

本实用新型的原理如下：薄膜光子筛主镜DOE1产生大的色差，对不同波长的光线聚焦在不同的位置。在中心波长2的焦平面位置放置中继透镜L1，在中继透镜后放置第二块衍射透镜，称作色差校正衍射镜DOE2。薄膜光子筛主镜DOE1和色差校正衍射镜DOE2相对于中继透镜L1满足物像关系式，即DOE1经过L1成像到DOE2位置。当DOE2与DOE1具有相反光焦度、相同色散时，可以有效地校正薄膜光子筛主镜DOE1产生的色差。光线通过负光焦度的DOE2后便是消色差的，但是光线是发散的，需要再聚焦透镜L2对光线再次聚焦成像到焦平面上。若中继透镜L1和再聚焦透镜L2为理想透镜（无像差），原则上可以在任意光谱范围达到完全消色差目的。

上文中，各个透镜的面形可以是球面或者非球面。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型宽光谱薄膜光子筛空间望远系统可实现宽光谱成像，同时具有高的成像质量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型实施例一中50nm带宽复色光下的PSF分布图。

图3是本实用新型实施例一中50nm带宽复色光下的MTF曲线图。

其中：1、薄膜光子筛主镜；2、中继透镜；3、色差校正衍射镜；4、再聚焦透镜。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：