无热化设计讲解.ppt

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文档介绍

* * 光学系统的无热化设计   引言 近年来,随着科学技术的不断进步,特别是空间技术的迅猛发展,红外光学系统越来越广泛的应用。与普通光学材料相比,大部分光学材料具有很高的热膨胀系数,随着工作温度在一定范围内不断变化,红外光学元件的基体材料的折射率及所在介质的折射率将发生变化,元件的曲率、厚度、间隔也将发生变化,加上仪器壳体的热胀冷缩,将使得系统产生离焦及其他像差,最终导致整个系统的成像质量变差,整体性能急剧降低。   什么是光学系统的无热化设计? 光学系统的无热化设计是通过一定的补偿技术(机械被动式、电子主动式、光学被动式)使得光学系统在一定较大的温度变化范围内仍然保持稳定的像面位置和像质。 为什么要进行光学系统的无热化设计? 一般情况下光学材料的折射率随温度的变化而变化,这就使得透镜或光学系统的焦距发生变化。红外光学材料的温度系数要比普通光学玻璃大得多,例如,锗单晶dn/dt的典型数值为396x10-6℃-1,而K9玻璃的温度系数数值则只有2.8x10-6℃-1。因此,在红外系统中温度对折射率的影响尤为明显。 1、光学元件的折射率随温度的变化而变化 2、光学元件曲率半径、中心厚度随温度变化 这是由元件材料的热胀冷缩引起的,与光学材料的线性热膨胀系数a0有关。当温度变化后,光学元件的曲率半径后中心厚度变为: D’=D+dD=D+D·a0·dT R’=R+dR=R+R·a0·dT 式中:R、D和D’、R’分别为温度变化前后的曲率半径和中心厚度,dT是温度变化量。 3、镜筒材料的热效应 当温度变化时,装配材料的尺寸大小也将随之变化,这将引起光学元件的空气间隔的变化,进而影响成像质量。这与装配材料的线性膨胀系数有关 当温度变化后,镜筒材料的长度变化为: L’=L+dL=L+L·a0·dT 式中:L和L’分别为温度变化前后的镜筒长度,dT是温度变化量。 总结:在这些因素中,光学材

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