[发明专利]一种长波红外复合光学系统

权利要求书

1.一种长波红外复合光学系统，其特征在于，包括：双级联超表面元件、透镜组以及红外焦平面探测器；

所述双级联超表面元件包括：第一超表面、第二超表面以及介质衬底层；所述第一超表面和第二超表面分别设置于介质衬底层的前表面和后表面；所述第一超表面和第二超表面均由一系列柱状结构单元按照六方晶格周期阵列排列而成，柱状结构单元的高度全部相同且介于所探测的红外波长量级，柱状结构单元的半径介于亚波长量级；所述双级联超表面元件用于对入射光的波前进行调控，实现对入射光的高级像差进行校正后出射，所述入射光的波长在长波红外波段；

所述透镜组置于双级联超表面元件出射光的一侧，包括沿光轴依次设置的第一正透镜和第二正透镜；所述透镜组用于对入射光的初级像差进行校正并对光线进行聚焦后出射；

所述红外焦平面探测器包含沿光轴依次设置的探测器窗口和红外焦平面阵列，所述探测器窗口用于滤除系统的杂散光及探测波段外的光线，所述红外焦平面阵列用于对聚焦后的红外光线入射光实现探测成像；

所述透镜组用于分配所述双级联超表面元件的光焦度；

所述第一超表面六方晶格周期阵列的相位分布φ₁和第二超表面六方晶格周期阵列的相位分布φ₂分别满足如下表达式：

其中，ρ为超表面径向坐标，R为归一化半径，A₁、B₁、C₁、D₁、A₂、B₂、C₂、D₂均为多项式系数；进一步利用光线追迹法对所述归一化半径R和相位分布多项式系数A₁、B₁、C₁、D₁、A₂、B₂、C₂、D₂进行优化，使双级联超表面元件实现对入射光线的波前调控并能够校正入射光的高级像差，进而确定第一超表面与第二超表面六方晶格周期阵列的相位分布方式。

2.根据权利要求1所述的长波红外复合光学系统，其特征在于，根据所述六方晶格周期阵列的相位分布与柱状结构单元半径的关系，确定六方晶格周期阵列每个位置处柱状结构单元的半径。

3.根据权利要求2所述的长波红外复合光学系统，其特征在于，所述柱状结构单元的材料为锗，所述介质衬底层的材料为氟化钡。

4.根据权利要求2所述的长波红外复合光学系统，其特征在于，利用光线追迹法对所述介质衬底层的厚度进行优化。

5.根据权利要求2所述的长波红外复合光学系统，其特征在于，双级联超表面元件的光焦度Φ₁与透镜组的光焦度Φ₂满足条件表达式：Φ₁/Φ₂2。

6.根据权利要求2所述的长波红外复合光学系统，其特征在于，所述第一正透镜、第二正透镜以及探测器窗口均采用长波红外可以透过的材料，包括锗、氟化钡、硫化锌、硒化锌中的一种或任意组合。