西安光機所自由曲面光學(xué)研究取得進(jìn)展

自由曲面被認為是一種革命性光學(xué)成像技術(shù)，是目前國際光學(xué)設計領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，美國國家航空航天局（NASA）將其列為“Cutting Edge Technology”，歐洲航天局（ESA）將其列為“Game Changer Technology”，其打破了傳統光學(xué)曲面回轉/平移對稱(chēng)的局限性，為光學(xué)設計人員提供了更多設計自由度，具備大幅提升特別是非對稱(chēng)光學(xué)系統視場(chǎng)、像質(zhì)、體積等的潛力，成為未來(lái)光學(xué)設計的發(fā)展方向之一。然而，自由曲面的非對稱(chēng)和多自由度特點(diǎn)給光學(xué)設計、加工、檢測等環(huán)節帶來(lái)挑戰。

　　由于自由曲面技術(shù)各環(huán)節之間的相互關(guān)聯(lián)性，中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所空間光子信息新技術(shù)研究室自由曲面技術(shù)研究團隊，就自由曲面理論、設計、加工、檢測等方面開(kāi)展了系統研究，突破了可見(jiàn)光波段自由曲面的多參量高效優(yōu)化設計、高精度零位補償干涉檢測及超精密迭代補償加工等關(guān)鍵技術(shù)，研制出新型“低成本、可快速響應、全鋁光機、全自由曲面”大視場(chǎng)可見(jiàn)光相機，鋁基自由曲面（7階以上XY多項式）制造精度達到國際先進(jìn)水平~RMS1/30λ@632.8nm，相機視場(chǎng)角20°×15°、實(shí)測傳函~0.4@78lp/mm。此外，科研人員研制出多款全鋁光機全自由曲面大視場(chǎng)非制冷和制冷紅外相機，并獲得優(yōu)異的成像質(zhì)量。隨著(zhù)自由曲面技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)該技術(shù)有望為光電空天領(lǐng)域等新型顛覆性光學(xué)系統的研制提供重要支撐。

　　相關(guān)研究成果以Optical design and fabrication of an all-aluminum unobscured two-mirror freeform imaging telescope為題，發(fā)表在Applied Optics上，并獲多位匿名審稿人評價(jià)為“a good showcase of design and production of an optical system”、“a valuable paper for the research and fabrication community”等，該論文成為Applied Optics和Optics Letters2020年光學(xué)設計與加工領(lǐng)域十四篇下載量最多論文之一。研究工作得到西安光機所基礎科研部自主部署項目、西安光機所“十三五”培育項目、中科院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )和中科院西部青年學(xué)者項目等的支持。

圖1.可見(jiàn)光自由曲面加工與檢測

圖2.全鋁全自由曲面大視場(chǎng)可見(jiàn)光相機實(shí)物圖

圖3.全鋁全自由曲面大視場(chǎng)可見(jiàn)光相機環(huán)境試驗