摘要：分析計算了一些普通光學玻璃及晶體光學材料在0.9~2.5μm短波紅外段的色散特性．在遠距型的物鏡結構后組中采用的厚彎月鏡能產生一定量的反向色差補償前組中的二級光譜，所設計的物鏡在焦距800mm時的帶孔徑處最大色差0.13mm。結果表明，采用氟化物玻璃與重火石玻璃的三片式組合在短波紅外段具有較好的消色差能力。

0 引言短波紅外成像技術在夜視偵察與監視、遙感遙測系統、紅外成像制導及光電對抗等領域有著重要的應用。透射式光學系統可以全部采用球面面形而具有加工工藝簡單，裝配調整容易和工程實現度高造價低廉的特點，從而使其有著廣泛的應用，但透射式物鏡在譜段較寬焦距較長時，二級光譜成為影響其像質的主要因素，因而必須對其加以校正以提高光學系統成像質量。

普通光學玻璃從0.4~2.0μm都有較好的透過率，一些重火石玻璃在2.0~2.5μｍ段也有相對較高的透過率，在0.9~2.5μｍ的短波紅外的譜段區間，常規光學玻璃的色散有著特殊的變化，普通光學玻璃對的組合難以實現對色差的校正，因而在這一區間，應當選擇具有高透過率，合適色散性能的光學材料以實現該譜段光學系統色差校正。

1.短波紅外消色差材料的選擇光學系統色差校正的重要手段之一就是利用光學材料的不同色散性能進行合理的光焦度分配，通常情況下，透射式光學系統由若干個正光焦度和負光焦度的鏡片組成，在可見光波段進行色差校正時往往用色散小的冕牌玻璃作正透鏡，色散大的火石玻璃作負透鏡，但這兩種類型的玻璃在短波紅外波段其色散特性發生變化，采用這種方法不能有效地校正色差。表1計算并給出了 常用的幾種光學玻璃（SHOTT）在可見光波段及短波紅外波段的色散差別。

表1.幾種冕牌玻璃和火石玻璃的色散特性 在可見光譜段，冕牌類玻璃具有較低的色散（υ值較大），火石類玻璃具有較高的色散（υ值較小），到短波紅外波段冕牌類玻璃色散變大并接近火石類玻璃甚至高于火石類玻璃，同時在2~2.5μｍ 波段普通光學玻璃的透過率逐漸降低，也會使光學系統性能下降。 一些氟化物玻璃在短波紅外段有較高的透過率，其色散特性不同于常用的光學玻璃，表2計算并給出了這些氟化物玻璃的一些光學特性，表中同時也列出了一些在短波紅外段有較高光學性能的光學晶體材料的相關特性。對于ZnSe、ZnS而言，不同的工藝方式得到的材料在短波紅外段的透過率會有很大的不同，使用時應當注意。

表2.一些氟化物玻璃的特性 （含其它光學材料）

氟化物玻璃從紫外到紅外有著很寬的透過范圍，值得注意的是在紫外可見段有較小色散的一些氟化物晶體到紅外段色散變大，因而在近紫外段能校正色差的氟化物玻璃組合在短波紅外段卻不適用。CaF2、SrF2 和BaF2這三種氟化物玻璃具有較低的色散（色散系數υ值較大），可作為消色差時正透鏡使用的材料，可作為負透鏡使用的高色散材料（色散系數υ值較小）看上去有更多的選擇：F-silica、AL2O3（Sapphire）、ZnSe和ZnS以及在紅外段有較高透過率的SCHOTT光學玻璃PK52、SF4、SF6等。

2 設計實例目前常用的光學透鏡設計方法是選用已有的光學透鏡結構參量采用置換玻璃的方法直接優化，但在近紫外波段和短波紅外波段，由于可選用的光學材料少這種直接換玻璃的方法并不十分有效，因而一個透鏡的設計仍然需要從基本的結構型式出發分析系統的特點求解其結構參量。2.1光學系統結構及設計要點望遠物鏡一般具有較長的焦距，為了縮短物鏡的尺寸，常采用遠距型結構，這種物鏡的一種基本結構形式如圖１。前組具有正的光焦度，后組具有負的光焦度。

圖1.遠距型物鏡的基本結構型式

圖2.后組中采用背向光欄的厚透鏡

圖3.復雜化后的遠距型物鏡結構 ...... 3 小結及討論 在短波紅外0.9~2.5μm可用于校正色差的玻璃組合并不是很多，一些氟化物玻璃在該譜段具有較高的色散系數及相對較好的理化性能，因而是在該譜段消色差材料的首選。雖然低色散系數材料有更多的選擇，但重火石類材料與氟化物玻璃組合有較好的消色差能力。 在遠距型的物鏡結構中前組采用光學玻璃SF6、CAF2和BAF2三片式組合，后組采用一帶有厚彎月鏡的兩片式結構達到了復消色差的設計結果，所設計的望遠物鏡在焦距800ｍｍ，相對孔徑1/5.6時帶孔徑的最大色差0.13ｍｍ，視場角10°時的像質接近衍射極限，成像質量優良。

審核編輯 ：李倩