Методика проектирования инфракрасных объективов с однородными, градиентными и дифракционными элементами

Ссылка для цитирования:

Грейсух Г.И., Левин И.А., Ежов Е.Г. Методика проектирования инфракрасных объективов с однородными, градиентными и дифракционными элементами // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 3. С. 68–78. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-03-68-78

Greisukh G.I., Levin I.A., Ezhov E.G. Methodology for designing infrared objectives with homogeneous, gradient-index and diffractive elements [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 3. P. 68–78. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-03-68-78

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Простые по конструкции инфракрасные объективы, включающие наряду с однородными одиночную радиально-градиентную линзу или совместно градиентную линзу и дифракционный оптический элемент. Цель работы. Разработка методики компоновки и расчета простых по конструкции объективов для инфракрасной области спектра с гибридной элементной базой. Метод. Теоретический анализ, компьютерное моделирование и оптимизация с использованием программы оптического проектирования ZEMAX. Основные результаты. Представленная методика охватывает все этапы компоновки и расчета объектива. Она включает выбор оптических материалов для всех его элементов, рекомендации по использованию оптической схемы, получаемой из условия ее ахроматизации, апохроматизации или суперахроматизации, в качестве исходной для последующей оптимизации в программе оптического проектирования ZEMAX, а также по сочетанию в схеме объектива градиентной линзы с дифракционным оптическим элементом и расчету сверхсветосильного двухдиапазонного градиентно-дифракционного объектива. Эффективность как совместного использования градиентного и дифракционного элементов, так и представленной методики продемонстрирована на примере расчета сверхвысокоапертурного градиентно-дифракционного объектива. Практическая значимость. Результаты настоящего исследования открывают возможность создания на основе коаксиально-ламинированных радиально-градиентных линз простых по конструкции высокоапертурных двухдиапазонных инфракрасных объективов.

Ключевые слова:

коаксиально-ламинированная радиально-градиентная линза, методика компоновки и расчета простых по конструкции инфракрасных объективов, дифракционный оптический элемент, сверхсветосильный двухдиапазонный градиентно-дифракционный объектив

Благодарность:

исследование выполнено за счет субсидии из федерального бюджета РФ на реализацию государственного задания министерства науки и высшего образования РФ № FSGS-2024-0005

Коды OCIS: 110.2760, 110.3080, 220.3620

Список источников:

1. Beadie G., Stover E., Gibson D. Temperature-dependent dispersion fitting for a recent infrared glass catalog // Proc. SPIE. 2019. V. 10998. P. 1099804 (6 p). https://doi.org/10.1117/12.2518494
2. Bayya S., Gibson D., Nuygen V., et al. Design and fabrication of multispectral optics using expanded glass map // Proc. SPIE. 2015. V. 9451. P. 94511N (7 p). https://doi.org/10.1117/12.2177289
3. Gibson D., Bayya S., Nuygen V., et al. Diffusion-based gradient index optics for infrared imaging // Opt. Eng. 2020. V. 59. № 11. Р. 112604. https://doi.org/10.1117/1.OE.59.11.112604
4. Gibson D., Bayya S., Nuygen V., et al. IR GRIN optics for imaging // Proc. SPIE. 2016. V. 9822. P. 98220R (9 p). https://doi.org/10.1117/12.2224094
5. Gibson D., Bayya S., Nuygen V., et al. GRIN optics for multispectral infrared imaging // Proc. SPIE. 2015. V. 9451. P. 94511P (7 p). https://doi.org/10.1117/ 12.2177136
6. Schaub M., Schwiegerling J., Fest E.C., et al. Molded optics design and manufacture. Boca Raton: CRC Press, 2011. 260 p.
7. Электронный ресурс URL: https://www.scd.co.il/wp-content/uploads/2019/07/Bird640-17-ceramic_brochure_v3_PRINT.pdf (SemiConductor Devices).
Electronic resource URL: https://www.scd.co.il/wp-content/uploads/2019/07/Bird640-17-ceramic_brochure_v3_PRINT.pdf (SemiConductor Devices).
8. Электронный ресурс URL: https://astrohn.ru/product/astrohn-64017-2/ (АСТРОН Тепловизионные системы / Продукция / Микроболометрические матричные детекторы / АСТРОН-64017-2).
Electronic resource URL: https://astrohn.ru/product/astrohn-64017-2/ (ASTRON Thermal Image Systems / Product / Microbolometer array sensor / ASTRON-64017-2).
9. Грейсух Г.И., Левин И.А., Ежов Е.Г. Сверхсветосильный тепловизионный триплет с градиентной линзой: этапы моделирования композитного градиентного материала и потенциальные возможности оптической схемы // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 3. С. 5–13. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-03-5-13
Greisukh G.I., Levin I.A., Ezhov E.G. Ultra-highaperture infrared triplet with a GRIN lens: Modeling stages of composite gradient-index material and potential possibilities of the optical system // J. Opt. Technol. 2024. V. 91. P. 137–141. https://doi.org/10.1364/JOT.91.000137
10. Грейсух Г.И., Левин И.А., Ежов Е.Г. Моделирование ламинированной радиально-градиентной линзы; расчет и достижимые характеристики двухдиапазонного инфракрасного триплета с такой линзой // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 10. С. 34–42. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-10-34-42
Greisukh G.I., Levin I.A., Ezhov E.G. Modeling of a radial laminated GRIN lens; design and achievable performances of a dual-band infrared triplet with such lens // J. Opt. Technol. 2024. V. 91. № 10. https://doi.org/10.1364/JOT.91.000000
11. Грейсух Г.И., Левин И.А., Ежов Е.Г. Сверхсветосильный двухдиапазонный градиентно-дифракционный инфракрасный объектив // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 11. С. 34–42. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-34-42
Greisukh G.I., Levin I.A., Ezhov E.G. Ultra-high-aperture dual-range gradient-index diffractive infrared objective // J. Opt. Technol. 2024. V. 91. № 11. https://doi.org/10.1364/JOT.91.000000
12. Ryan-Howard D.P., Moore D.T. Model for the chromatic properties of gradient-index glass // Appl. Opt. 1985. V. 24. № 24. P. 4356–4366. https://doi.org/10.1364/AO.24.004356
13. McCarthy P.W. Gradient-index materials, design, and metrology for broadband imaging systems // PhD (Optics) thesis. Rochester: University of Rochester, 2015. 219 p.
14. Greisukh G.I., Bobrov S.T., Stepanov S.A. Optics of diffractive and gradient-index elements and systems. Bellingham: SPIE Press, 1997. 414 p.
15. Электронный ресурс URL: https://www.zemax.com/(ZEMAX: Software for optical system design).
Electronic resource URL: https://www.zemax.com/(ZEMAX: Software for optical system design).