導讀

信息化條件下的戰(zhàn)爭，使精確制導武器成為實施毀滅性打擊的重要手段。精確制導武器的打擊精度主要依賴導引頭的制導技術。隨著精確制導武器的對抗層次越來越多，對抗手段越來越復雜，在多變的現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境中，單一模式的制導很難滿足精確打擊的需要，所以多模復合制導光學系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展。紅外/激光雙模復合制導技術是世界各國研究的重點，它能實現(xiàn)光電互補，從而克服各自的不足，又綜合利用了二者的優(yōu)點。紅外成像系統(tǒng)主要用于探測場景，排除各種輕重誘餌的干擾，識別出欲攔截目標。激光雷達發(fā)射激光束照亮所選目標，反射回的激光會聚到探測器上以提取頻譜幅度、相位等多種信息。將這兩種傳感器提供的多種信息經過信息融合處理可準確識別目標。

近日，中國電子科技集團公司第二十七研究所謝亞峰團隊在《紅外與激光工程》發(fā)表“激光/紅外雙模環(huán)形孔徑導引頭光學系統(tǒng)設計”一文，文中介紹了該團隊為了實現(xiàn)激光/紅外雙模導引頭成像系統(tǒng)的小型化，簡化光學系統(tǒng)結構，設計了四次反射的雙模共光路環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)，實現(xiàn)了僅有單一光學元件的長波紅外7.7~9.5μm和激光1.064μm雙模導引頭成像系統(tǒng)。

1 雙模共光路環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)的設計原理

環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)僅由單塊光學材料構成，超薄透鏡的兩個表面均為環(huán)帶非球面反射面，在不同的環(huán)帶反射區(qū)域有不同的面型。成像光束通過超薄透鏡的外環(huán)通光口徑進入光學系統(tǒng)，經過一系列同心圓環(huán)反射區(qū)域后進入位于透鏡中心的探測器進行成像。激光/長波紅外雙模環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)的原理如圖1所示，兩個不同焦距的光學系統(tǒng)共用一個通光口徑分別成像在各自的探測器上。圖1中紅色成像光束是激光成像波段，藍色成像光束是長波紅外波段。激光/長波紅外雙模成像系統(tǒng)的近軸折射式光路如圖1(a)所示，在其中引入多個反射鏡對兩個波段光路進行多次折疊，通過分光面分離長波紅外和激光波段成像光路，可以顯著減小系統(tǒng)的軸向尺寸，如圖1(b)所示。

圖1激光/長波紅外雙模環(huán)形孔徑超薄系統(tǒng)成像原理圖

（a）雙模近軸折射式結構；(b)雙模近軸環(huán)形孔徑反射式結構

2 激光/長波紅外雙模共光路環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)的設計

設計了應用于長波紅外7.7~9.5μm和激光1.064μm的雙模導引頭成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設計指標參數(shù)如表1所示。對于超薄成像系統(tǒng)的基底材料，不僅需要考慮兩個波段的透過率，還要考慮材料的光學特性和加工特性。選擇紅外硫系玻璃IRG206作為雙模環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)的基底材料，這種材料可以通過精密模壓實現(xiàn)批量化加工。

表1 激光/長波紅外雙模環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)的設計指標

通過優(yōu)化各環(huán)帶面型參數(shù)并控制系統(tǒng)總長和口徑，得到設計結果如圖2所示。系統(tǒng)的外徑直徑為80mm，遮攔區(qū)域直徑為53.4mm，遮攔比為0.67。經過分光面后系統(tǒng)左側為長波紅外波段，系統(tǒng)右側為激光波段，雙模環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)的軸向尺寸為28mm，遠遠小于目前常用的卡式雙模導引頭成像系統(tǒng)尺寸。激光/長波紅外雙模環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)的實體結構如圖3所示。圖3(a)中，黃色透明區(qū)域表示折射透光環(huán)帶，銀白色區(qū)域表示反射環(huán)帶，粉色區(qū)域表示分光面。圖3(b)中，銀白色區(qū)域表示反射環(huán)帶，黃色透明區(qū)域表示折射透光環(huán)帶。

圖2 激光/長波紅外雙模環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)的光路圖

圖3 激光/長波紅外雙模環(huán)形孔徑超薄系統(tǒng)成像實體結構。

(a)前表面；(b)后表面

3 結論

文中設計了一種適用于激光和長波紅外波段的雙模共光路環(huán)形孔徑超薄成像光學系統(tǒng)，給出了雙模環(huán)形孔徑系統(tǒng)的設計方法。根據(jù)設計指標，完成了系統(tǒng)初始結構參數(shù)的計算，通過環(huán)帶非球面的優(yōu)化，實現(xiàn)了長波紅外7.7~9.5μm和激光1.064μm的雙模環(huán)形孔徑超薄導引頭成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)的外徑直徑為80mm，軸向尺寸為28mm。在長波紅外波段，空間頻率為41.7lp/mm時各視場MTF曲線接近衍射極限，MTF大于0.136。在激光波長、系統(tǒng)全視場范圍內的光斑分布均勻，光斑彌散斑RMS最大值為280μm。對雙模環(huán)形空間超薄成像系統(tǒng)進行了無熱化設計，在?40~80℃范圍內，長波紅外波段的MTF曲線基本不變，各視場MTF最小值均大于0.13，激光波長的彌散斑形狀和能量分布基本沒有變化?？紤]公差后，該系統(tǒng)在全視場范圍內的MTF大于0.1，具備可加工性。設計結果對未來低成本、小型化激光/長波紅外雙模導引頭成像系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了新思路。

審核編輯：劉清