【摘 要】
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近年来,激光与无人机、微型卫星等小型移动平台结合而衍生出的产品不断出现,如激光通信卫星、机载激光武器等等。在这些应用场景下,平台的体积和载重量受到相当大的限制,同时,激光器并不是单独出现的,往往要搭配观察、接收、探测等光学成像系统才能发挥作用,这更增加了系统的整体体量。考虑到这一点,本文通过将激光发射与光学成像系统相结合,使扩束与成像共用一个望远系统,提高了系统元件的利用率,同时激光扩束系统及成像
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近年来,激光与无人机、微型卫星等小型移动平台结合而衍生出的产品不断出现,如激光通信卫星、机载激光武器等等。在这些应用场景下,平台的体积和载重量受到相当大的限制,同时,激光器并不是单独出现的,往往要搭配观察、接收、探测等光学成像系统才能发挥作用,这更增加了系统的整体体量。考虑到这一点,本文通过将激光发射与光学成像系统相结合,使扩束与成像共用一个望远系统,提高了系统元件的利用率,同时激光扩束系统及成像系统均采用全反射和压缩光路的设计,最大化缩减了总体系统体量,且具有宽波段成像的能力。主要研究内容如下:论文首先根据大口径高功率激光扩束系统的各项设计要求,计算出同轴两反系统的初始结构参数,经过仿真和离轴化处理,得到了扩束倍率为6,发射口径为600 mm,系统包络半径为800 mm的结构紧凑的前置激光扩束系统。其次,根据反射系统的初级像差理论推导出描述成像子系统像质和结构约束的评价函数,利用遗传算法搜索满足要求的最优化解,得到同轴三反系统的初始结构参数,再通过离轴和光路折叠,完成了紧凑型宽波段的离轴三反成像子系统设计。之后,将两系统进行组合优化,得到集激光扩束及宽波段成像功能于一体的共孔径系统,其体积较为紧凑,约为(922 × 623 × 600)mm3。作为扩束系统时,扩束倍率为6,发射口径为600 mm;作为望远成像系统时,入瞳为600 mm,焦距为2456 mm,全视场为0.3°× 0.4°,在可见光到中波红外的较宽波段内具有接近衍射极限的像质。最后对镜面基底材料进行选择,对元件公差进行分析,获得了成本与性能平衡的公差分配方案。论文提出的紧凑型激光扩束与成像共孔径系统采用全反射设计,具有口径大、无色差的优点,同时通过折叠光路,大大减小了系统体积。论文的设计对宽波段、大口径、强激光发射和成像的应用场景具有一定的参考价值。
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