拼接衍射望远镜高分辨成像技术研究
发布时间：2023-08-03 17:38
以二元衍射元件为主镜的拼接衍射望远镜具有重量轻、公差宽松、可折叠等优点,成为了轻量化、大口径、高分辨力空间光学望远镜的重要发展方向。然而拼接衍射望远镜的研究进展表明该望远镜的成像性能难以达到其理论设计的极限分辨能力。导致其性能退化的原因主要有两点,首先拼接衍射望远镜面临子镜拼接失调而引入的共相误差问题;其次是衍射元件不可避免的加工误差给光学系统引入成像波前像差问题。这两个问题相互交织,致使拼接衍射望远镜的点扩散函数(PSF)弥散、调制传递函数(MTF)退化,最终导致拼接衍射望远镜成像分辨率下降。本论文针对上述问题,开展拼接衍射望远镜高分辨成像技术研究。论文按照理论分析、仿真校正和实验验证的研究步骤,从以下几个方面开展相关研究。首先针对拼接共相误差与波前像差导致的成像退化问题开展了具体的理论分析。建立了基于稀疏孔径结构的拼接菲涅耳透镜成像系统模型,推导了各类拼接共相误差与成像系统MTF指标的数学关系,通过计算和仿真明确了各类拼接共相误差对成像系统PSF和MTF的影响程度,建立了点目标和扩展目标成像场景下的拼接失调程度评估指标,为拼接共相误差的校正提供直接的参考依据。此外,针对菲涅耳透镜由...
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.2 大口径空间光学望远镜研究进展
1.2.1 单体大口径空间望远镜
1.2.2 合成孔径反射式望远镜
1.2.3 拼接衍射式望远镜
1.3 拼接衍射望远镜拼接共相误差研究进展
1.3.1 传统反射式望远镜共相误差检测与校正
1.3.2 拼接衍射望远镜共相误差检测与校正
1.4 拼接衍射望远镜波前像差校正研究进展
1.4.1 衍射望远镜波前像差分析
1.4.2 衍射望远镜波前像差的校正
1.5 本文的研究目的和主要内容
第2章 拼接菲涅耳透镜衍射成像理论
2.1 标量衍射理论
2.1.1 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
2.1.2 菲涅耳近似条件与菲涅耳衍射公式
2.1.3 夫琅和费近似条件与夫琅和费衍射公式
2.1.4 单缝和多缝的夫琅和费衍射
2.1.5 衍射光栅与闪耀光栅
2.1.6 二元衍射光栅
2.2 菲涅耳透镜衍射理论
2.2.1 圆孔的夫琅和费衍射
2.2.2 多环形孔径的光栅
2.2.3 菲涅耳波带法
2.2.4 菲涅耳透镜
2.3 拼接菲涅耳透镜成像特性分析
2.4 小结
第3章 拼接衍射望远镜共相误差与波前像差分析
3.1 拼接菲涅耳透镜共相误差分析
3.1.1 拼接共相误差的分类
3.1.2 基于图像的拼接共相误差评价指标
3.2 菲涅耳透镜波前像差分析
3.2.1 线宽误差
3.2.2 深度误差
3.2.3 套刻误差
3.2.4 厚度均匀性误差
3.2.5 加工误差对成像波前的影响
3.3 小结
第4章 拼接菲涅耳透镜共相误差与波前像差校正仿真研究
4.1 校正实验流程及仿真参数确定
4.2 拼接共相误差校正仿真
4.2.1 点目标成像下的拼接共相误差校正
4.2.2 扩展目标成像下的拼接共相误差校正
4.2.3 像差对拼接误差校正的影响
4.3 菲涅耳子镜波前像差校正仿真
4.3.1 无波前探测自适应光学技术关键参数的确定
4.3.2 基于自适应光学拼接镜波前像差校正仿真
4.4 小结
第5章 衍射望远镜及拼接菲涅耳透镜波前像差校正实验研究
5.1 单孔径衍射望远镜波前像差测量与校正实验
5.1.1 单孔径衍射望远镜系统的波前像差测量
5.1.2 单孔径衍射望远镜自适应光学校正实验
5.2 拼接菲涅耳透镜的波前校正实验研究
5.2.1 拼接菲涅耳透镜的制备与共焦调节
5.2.2 拼接菲涅耳透镜的自适应光学校正
5.3 小结
第6章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 论文主要创新点
6.3 论文工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3838519
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.2 大口径空间光学望远镜研究进展
1.2.1 单体大口径空间望远镜
1.2.2 合成孔径反射式望远镜
1.2.3 拼接衍射式望远镜
1.3 拼接衍射望远镜拼接共相误差研究进展
1.3.1 传统反射式望远镜共相误差检测与校正
1.3.2 拼接衍射望远镜共相误差检测与校正
1.4 拼接衍射望远镜波前像差校正研究进展
1.4.1 衍射望远镜波前像差分析
1.4.2 衍射望远镜波前像差的校正
1.5 本文的研究目的和主要内容
第2章 拼接菲涅耳透镜衍射成像理论
2.1 标量衍射理论
2.1.1 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
2.1.2 菲涅耳近似条件与菲涅耳衍射公式
2.1.3 夫琅和费近似条件与夫琅和费衍射公式
2.1.4 单缝和多缝的夫琅和费衍射
2.1.5 衍射光栅与闪耀光栅
2.1.6 二元衍射光栅
2.2 菲涅耳透镜衍射理论
2.2.1 圆孔的夫琅和费衍射
2.2.2 多环形孔径的光栅
2.2.3 菲涅耳波带法
2.2.4 菲涅耳透镜
2.3 拼接菲涅耳透镜成像特性分析
2.4 小结
第3章 拼接衍射望远镜共相误差与波前像差分析
3.1 拼接菲涅耳透镜共相误差分析
3.1.1 拼接共相误差的分类
3.1.2 基于图像的拼接共相误差评价指标
3.2 菲涅耳透镜波前像差分析
3.2.1 线宽误差
3.2.2 深度误差
3.2.3 套刻误差
3.2.4 厚度均匀性误差
3.2.5 加工误差对成像波前的影响
3.3 小结
第4章 拼接菲涅耳透镜共相误差与波前像差校正仿真研究
4.1 校正实验流程及仿真参数确定
4.2 拼接共相误差校正仿真
4.2.1 点目标成像下的拼接共相误差校正
4.2.2 扩展目标成像下的拼接共相误差校正
4.2.3 像差对拼接误差校正的影响
4.3 菲涅耳子镜波前像差校正仿真
4.3.1 无波前探测自适应光学技术关键参数的确定
4.3.2 基于自适应光学拼接镜波前像差校正仿真
4.4 小结
第5章 衍射望远镜及拼接菲涅耳透镜波前像差校正实验研究
5.1 单孔径衍射望远镜波前像差测量与校正实验
5.1.1 单孔径衍射望远镜系统的波前像差测量
5.1.2 单孔径衍射望远镜自适应光学校正实验
5.2 拼接菲涅耳透镜的波前校正实验研究
5.2.1 拼接菲涅耳透镜的制备与共焦调节
5.2.2 拼接菲涅耳透镜的自适应光学校正
5.3 小结
第6章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 论文主要创新点
6.3 论文工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3838519
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