折/衍混合光学系统在纳型星敏感器中的应用

作     者：邓骞 张国玉 孟遥 孙高飞 杜宗育 DENG Qian;ZHANG Guoyu;MENG Yao;SUN Gaofei;DU Zongyu

作者机构：长春理工大学光电工程学院长春130022 光电测控与光电信息传输技术教育部重点实验室长春130022 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心长春130022 

出 版 物：《光子学报》 (Acta Photonica Sinica)

年 卷 期：2024年第53卷第6期

页      面：251-263页

核心收录：

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：吉林省科技发展计划(No.20220201094GX) 吉林省教育厅科学技术研究项目(No.JJKH20220754KJ) 

主　　题：纳型星敏感器 光学设计 折衍混合光学系统 大相对孔径 衍射面 鬼像 

摘      要：微纳卫星是一种新兴的微小卫星,与之适配的纳型星敏感器的光学系统应在小型化的同时实现大相对孔径、高成像质量。针对这一需求,由星敏感器的系统设计精度和探测星等分配了光学系统设计参数及指标,设计了一种全视场17°、焦距25 mm、相对孔径1∶1.086、光学系统总长36.4 mm的七片式折衍混合结构的星敏感器光学系统。根据衍射元件的负色散特性,用折衍混合透镜代替常规材料正负透镜组合的方式减少了镜片数量,缩短了光学系统长度,并提高了光学系统的成像质量,使点扩散函数趋于正态分布,有利于质心提取精度的提高。所设计的光学系统在3×3像元内的能量集中度超过90%;最大畸变仅0.013%;全视场垂轴色差小于0.6μm。通过标量衍射理论计算衍射元件在520~780 nm内衍射效率可以达80%以上,通过杂散光分析软件ASAP对系统进行了视场内鬼像分析,系统在多级衍射时探测目标成像光斑路径下的光通量与最亮鬼像光斑路径下的光通量之比大于3.17×10^(4),验证了在极限星等为6.5时满足信噪比大于8.1的结论。最后对所设计的系统进行了公差分析,结果表明加工后该光学系统可满足微纳卫星对星敏感器的使用要求。