基于矢量衍射的光学系统设计与偏振像差补偿
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摘要: 目的：针对含数字微镜阵列（DMD）的长波红外偏振光学系统中产生的衍射现象会导致系统中偏振像差发生变化，从而造成长波红外偏振光学系统偏振测量精度下降的问题，提出一种含DMD的长波红外二次成像光学系统偏振像差的分析及补偿方法。方法：首先，构建长波红外偏振光学系统中波长与DMD尺寸关系的衍射与偏振像差特性传输模型，提出基于矢量衍射—偏振光琼斯矢量理论的偏振像差分析方法。其次，推导DMD的偏振像差和偏振度情况，确定DMD的最佳衍射级次、入射角与衍射效率，进而设计含DMD的二次成像长波红外偏振光学系统，得到DMD衍射特性对偏振像差的影响情况。最后，通过倾斜投影物镜、镜片镀膜及减小表面入射角来补偿光学系统的偏振像差，以解决衍射现象对长波红外偏振光学系统偏振像差产生的影响。结果：仿真结果表明，系统全视场调制传递函数在截止频率处均接近衍射极限，最大畸变小于0.2%，成像质量良好，整体系统的二向衰减经补偿后减小到原来的1/12。结论：该分析模型能够揭示衍射与偏振像差之间的关系，补偿方法可以使偏振像差有效地降低。Abstract: 目的：针对含数字微镜阵列（DMD）的长波红外偏振光学系统中产生的衍射现象会导致系统中偏振像差发生变化，从而造成长波红外偏振光学系统偏振测量精度下降的问题，提出一种含DMD的长波红外二次成像光学系统偏振像差的分析及补偿方法。方法：首先，构建长波红外偏振光学系统中波长与DMD尺寸关系的衍射与偏振像差特性传输模型，提出基于矢量衍射—偏振光琼斯矢量理论的偏振像差分析方法。其次，推导DMD的偏振像差和偏振度情况，确定DMD的最佳衍射级次、入射角与衍射效率，进而设计含DMD的二次成像长波红外偏振光学系统，得到DMD衍射特性对偏振像差的影响情况。最后，通过倾斜投影物镜、镜片镀膜及减小表面入射角来补偿光学系统的偏振像差，以解决衍射现象对长波红外偏振光学系统偏振像差产生的影响。结果：仿真结果表明，系统全视场调制传递函数在截止频率处均接近衍射极限，最大畸变小于0.2%，成像质量良好，整体系统的二向衰减经补偿后减小到原来的1/12。结论：该分析模型能够揭示衍射与偏振像差之间的关系，补偿方法可以使偏振像差有效地降低。
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