CN113946041B - 一种折反式卡塞格林望远镜系统及其偏振像差校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卡塞格林望远镜系统及其偏振像差校正方法，包括S1、根据设计需求，利用光学设计软件对第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的面型进行拟合；S2、在光学设计软件中加入透镜组，通过构建限制波像差的评价函数对望远镜系统进行光线追迹，校正望远镜系统的波像差；S3、在限制波像差的评价函数中构建并添加偏振二向衰减评价函数f，再次对望远镜系统进行光线追迹；S4、优化添加偏振二向衰减评价函数f后的限制波像差的评价函数使望远镜系统的几何像差与偏振像差满足设计需求。利用本发明提出的方法对偏振像差进行校准，可使全视场下的偏振串扰能量减小9.7％‑63.5％，二向衰减值降低40％。

Description

一种折反式卡塞格林望远镜系统及其偏振像差校正方法

技术领域

本发明属于光学设计技术领域，具体涉及一种折反式卡塞格林望远镜系统及其偏振像差校正方法。

背景技术

点扩散函数(PSF)的图像分布对于图像分辨率有重要影响，光学表面不仅会对光线的波面进行调制，还会对光的偏振状态进行调制。高精密成像光学仪器(如天文望远镜)的波前像差不仅取决于几何像差和标量波衍射，还取决于物理光学中光在光学表面反射和折射的偏振特性所引起的偏振像差。但标量波像差仍然是对光学系统成像质量影响最大的像差，以至于计算机辅助光学设计的前四十年，偏振像差都没有通过光学设计软件计算出来。但随着成像系统的越来越高精度要求，偏振效应不能再被忽视。

偏振像差也称为仪器偏振，是指光学系统对于入射光的偏振变化随着光瞳坐标、物体位置和波长的变化。通常以一个位于出瞳位置的2×2琼斯矩阵来描述光学系统的偏振像差函数，该矩阵可通过偏振光线追迹得到，出瞳位置处所有入射光线的琼斯矩阵称为琼斯瞳，可表示为：

在各项同性的光学介质表面，本征坐标系下的琼斯矩阵为：

其中，A_S为反射或透射后S光的振幅变化；

A_p为反射或透射后P光的振幅变化；

分别为S光和P光的相位变化。

采用二向衰减D和位相延迟

来描述偏振像差特性，则有如下表达式：

二向衰减描述了光学系统对S、P光反射率的差异，使入射光的偏振方向发生一定的改变。

因此X偏振方向的入射光在出瞳处不仅存在X偏振方向的能量分布，还出现了Y偏振方向的能量分布，可通过振幅响应矩阵(ARM)得到偏振光束通过光学系统后在成像平面上的振幅分布，它是通过琼斯瞳的空间傅里叶变换得到的，所得与偏振相关的能量分布如图3a、图3b所示。

在光的矢量成像理论中，X偏振方向的入射光在像面的能量分布为X偏振方向的能量分布与Y偏振方向的能量叠加。其中X偏振方向的能量分布呈艾里斑形式的衍射能量分布，Y偏振方向的能量分布呈十字交叉形式，将其称之为偏振串扰。串扰项的出现降低了系统的成像分辨率，影响成像质量，减小系统二向衰减可在一定程度上减小偏振串扰能量，因此减小偏振像差可提高成像质量。

现有的方法中提出了改变镜片的相对位置以及设计反射膜来减小偏振像差，但设计同时具有高反射率和低偏振像差的反射膜技术难度较大且制造成本增加。

奇普曼Chipman通过将低阶偏振像差进行泰勒展开提出各向同性光学介质组成的系统所引起的二向衰减所导致的偏振像差主要由diattenuation piston、diattenuationtilt和diattenuation defocus构成，并提出了偏振像差所导致的能量串扰的计算公式，但并未利用透镜组来校正由反射镜导致的偏振像差。

发明内容

本发明为了为降低系统的偏振二向衰减、提高成像质量，提出了一种折反式卡塞格林望远镜系统及其偏振像差校正方法。在反射式卡塞格林系统中，光学表面对S、P光的振幅响应不一致会导致光的偏振态发生改变，使得水平偏振入射光在出瞳处出现了垂直偏振方向的能量分布，降低了成像质量。金属反射膜对S光的反射系数始终大于P光，使二向衰减始终为正，而玻璃材料对光的偏振响应特性与金属反射膜相反，玻璃材料对P光的反射系数始终大于S光，二向衰减始终为负，因此本发明设计折反式卡塞格林望远镜系统，并通过引入透镜组对偏振像差进行校正，在光学设计软件中编写关于偏振二向衰减的宏语言作为评价函数对光学系统的偏振像差的校正进行指导。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种折反式卡塞格林望远镜系统，包括第二非球面反射镜和中心开孔的第一非球面反射镜，还包括置于第一非球面反射镜和第二非球面反射镜之间的透镜组；

第一非球面反射镜和第二非球面反射镜对S光的反射系数均大于对P光的反射系数；第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的曲率半径均为负的双曲线；

透镜组对P光的透射系数大于对S光的透射系数，用于减小折反式卡塞格林望远镜系统的二向衰减。

优选地，第一非球面反射镜的凹面和第二非球面反射镜的凸面均镀有金属反射膜；透镜组中各个透镜均为玻璃材质且镀有增透膜。

优选地，金属反射膜为铝膜。

优选地，透镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

第一透镜和第二透镜均具有负光焦度；

第三透镜和第四透镜均具有正光焦度。

优选地，第一透镜的物方侧面为凸面的弯月结构；

第二透镜为双凹面结构；

第三透镜的像方侧面为凸面的弯月结构；

第四透镜为双凸面结构。

优选地，第四透镜与第一非球面反射镜的间距为10mm。

一种折反式卡塞格林望远镜系统偏振像差校正方法，包括步骤：

S1、根据设计需求，利用光学设计软件对第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的面型进行拟合；

S2、在光学设计软件的系统中加入透镜组，通过构建限制波像差的评价函数对折反式卡塞格林望远镜系统进行光线追迹，优化校正折反式卡塞格林望远镜系统的波像差；

S3、在限制波像差的评价函数中构建并添加偏振二向衰减评价函数f，再次对折反式卡塞格林望远镜系统进行光线追迹；

偏振二向衰减评价函数f用于指导透镜组对第一非球面反射镜和第二非球面反射镜共同引起的偏振像差，偏振二向衰减评价函数f的表达式如下：

其中，D_r(rms)表示在同一视场内用于分析的全部光线只经过第一非球面反射镜和第二非球面反射镜后产生的二向衰减的RMS值；

D_rms表示在视场下用于分析的全部光线透过折反式卡塞格林望远镜系统后产生的二向衰减的RMS值。

S4、优化添加偏振二向衰减评价函数f后的限制波像差的评价函数使折反式卡塞格林望远镜系统的几何像差与偏振像差满足设计需求。

优选地，第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的面型均满足如下表达式：

其中，y代表第一非球面反射镜镜垂直光轴的径向坐标值；

Z(y)为第一非球面反射镜或第二非球面反射镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；

c＝1/R，R表示第一非球面反射镜或第二非球面反射镜的面型中心的曲率半径；

k表示圆锥系数；

A、B、C、D为非球面系数。

优选地，偏振二向衰减评价函数f的构建包括如下步骤：

S31、利用光学软件追迹入射光束中的用于分析波像差的用于分析的全部光线，得到用于分析的全部光线在第一非球面反射镜的凹面发生反射时的反射角，以及S光和P光在第一非球面反射镜的凹面的反射系数r_s1和r_p1；用于分析的全部光线在第二非球面反射镜的凸面发生反射时的反射角，以及S光和P光在第二非球面反射镜的凸面的反射系数r_s2和r_p2；

S32、根据S光和P光分别在第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的反射系数r_s1、r_p1、r_s2和r_p2，得到用于分析的全部光线经由第一非球面反射镜和第二非球面反射镜产生的二向衰减D_r；

S33、追迹经过加入透镜组后透射的用于分析的全部光线，得到用于分析的全部光线通过折反式卡塞格林望远镜系统后产生的二向衰减D；

S34、利用光学软件将同一视场下用于分析的全部光线做偏振像差分析，得到同一视场下入射光束的二向衰减D_r的RMS值D_r(rms)和二向衰减D的RMS值D_rms；

S35、对其它视场下的得到入射光束重复上述步骤，得到关于透镜组的曲率半径的偏振二向衰减评价函数f。

优选地，还包括步骤：

S5、通过计算卡塞格林望远镜系统焦平面处偏振串扰的总能量F_YX的变化，对校正偏振像差的卡塞格林望远镜系统进行验证，偏振串扰的总能量F_YX的表达式为：

其中，c₃和c₅分别表示方向泽尼克多项式分解后的OZ₃项和OZ₅项的系数。

本发明能够取得以下技术效果：

1、本发明利用透镜组对偏振像差进行校正，扩大系统视场角，优化畸变，提高分辨率。

2、本文提出的利用透镜组校正反射系统带来的偏振像差使得系统的设计制造成本降低。

3、利用本发明提出的方法对偏振像差进行校准，可使全视场下的偏振串扰能量减小9.7％-63.5％，二向衰减值降低40％。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种折反式卡塞格林望远镜系统偏振像差校正方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的一种校正偏振像差的折反式卡塞格林望远镜系统的光学结构示意图；

图3a是背景技术中X偏振方向入射时出射光在焦平面处X偏振方向的能量分布图；

图3b是背景技术中X偏振方向入射时出射光在焦平面处Y偏振方向的能量分布图；

图4是本发明一个实施例的用于评价偏振像差大小的二向衰减图；

图5是本发明一个实施例的用于评价偏振像差大小的方向泽尼克系数图；

图6是本发明一个实施例的用于全视场下串扰能量曲线图；

图7是本发明一个实施例的一种折反式卡塞格林望远镜系统参数指标

图8是本发明另一个实施例的一种折反式卡塞格林望远镜系统偏振像差校正方法的流程图。

附图标记：

第二非球面反射镜1、透镜组2、第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23、第四透镜24、第一非球面反射镜3。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明的目的是提供一种折反式卡塞格林望远镜系统及其偏振像差校正方法。下面将对本发明提供的一种折反式卡塞格林望远镜系统及其偏振像差校正方法，通过具体实施例来进行详细说明。

参见图2示出的折反式卡塞格林望远镜系统的光学结构示意图，第一非球面反射镜的中心开孔，透镜组2置于第一非球面反射镜3和第二非球面反射镜1之间，透镜组2的光轴与第一非球面反射镜3和第二非球面反射镜1的光轴重合，且透镜组2对经过第二非球面反射镜反射的光束无遮挡。

第一非球面反射镜3和第二非球面反射镜1的曲率半径均为负的双曲线，使来自物空间的平行光入射至第一非球面反射镜3后，在第一非球面反射镜3的凹面发生第一次反射，反射光在第二非球面反射镜1的凸面发生第二次反射，第二次反射后的光束经过透镜组2最终在折反式卡塞格林望远系统的像面处成像。

在本发明的一个优选实施例中，第一非球面反射镜3和第二非球面反射镜1对来自物空间的光束中的S光的反射系数大于对P光的反射系数；透镜组2对P光的透射系数大于对S光的透射系数，可用于减小折反式卡塞格林望远镜系统的二向衰减。

由于金属反射膜对S光的反射系数始终大于对P光的反射系数，使二向衰减始终为正；玻璃材料对偏振光的偏振响应特性与金属反射膜相反，即玻璃材料对P光的反射系数始终大于S光的反射系数，二向衰减始终为负。因此，利用材料的特性来校正由第一非球面反射镜3和第二非球面反射镜1共同引入的偏振像差。

在本发明的一个优选实施例中，第一非球面反射镜3的凹面和第二非球面反射镜1的凸面均镀有金属铝反射膜；透镜组2选用玻璃材质的透镜且镀有增透膜，用来减小折反式卡塞格林望远系统的二向衰减，进一步降低偏振串扰对成像质量的影响。

现有技术研究发现光学元件的表面对S光、P光的振幅响应不一致会导致光的偏振态发生改变，使得水平偏振入射光在出瞳处出现了垂直偏振方向的能量分布，降低了成像质量。由菲涅尔公式可知，造成的串扰能量大小与光在光学元件表面处的入射角大小和光学表面介质相关，而在反射式卡塞格林系统中，该振幅响应会不断叠加，使串扰项能量逐渐增加，因此利用本发明设计的带有透镜组2的折反式卡塞格林望远镜系统，能够降低偏振串扰对成像质量的影响，同时利用透镜组扩大了望远系统的视场角，优化畸变，提高望远系统的分辨率。

在本发明的另一个优选实施例中，设计的透镜组包括第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24，四个透镜均为玻璃材质且镀有增透膜，参见图2：

第一透镜21和第二透镜22均具有负光焦度；

第三透镜23和第四透镜24均具有正光焦度。

进一步的，将第一透镜21设计为物方侧面为凸面的弯月结构；将第三透镜23设计为像方侧面为凸面的弯月结构；将第二透镜22设计为双凹面结构；第四透镜24设计为双凸面结构，第四透镜24与第一非球面反射镜3的间距为10mm。得到了如图7所示的折反式卡塞格林望远镜系统的各项参数。

下面，对利用本发明的一种折反式卡塞格林望远镜系统对偏振像差进行校正的方法进行详细说明。

图1示出了本发明提出的利用透镜组对偏振像差进行校正的方法的流程，结合图8，包括步骤：

S1、根据设计需求，利用光学设计软件对第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的面型进行拟合。

本发明的一个优选实施例中，设计第一非球面反射镜3和第二非球面反射镜1的面型均满足如下表达式：

其中，y代表第一非球面反射镜或第二非球面反射镜垂直光轴的径向坐标值；

Z(y)为第一非球面反射镜或第二非球面反射镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；

c＝1/R，R表示第一非球面反射镜或第二非球面反射镜的面型中心的曲率半径；

k表示圆锥系数；

A、B、C、D分别为非球面系数。

本申请设计的非球面面型仅通过保留y⁴、y⁶、y⁸以及y¹⁰项，就能够减小望远系统的波像差。

S2、在光学设计软件系统中加入透镜组，通过构建限制波像差的评价函数对折反式卡塞格林望远镜系统进行光线追迹，优化校正折反式卡塞格林望远系统的波像差。

在本发明的一个优选实施例中，利用光学设计软件Zemax构建限制望远系统的波像差的评价函数，并对其进行光线追迹，优化校正折反式卡塞格林望远系统的波像差。

S3、在限制波像差的评价函数中构建并添加偏振二向衰减评价函数f，再次对折反式卡塞格林望远镜系统进行光线追迹。

在本发明的一个优选实施例中，对偏振二向衰减评价函数f的构建具体包括以下步骤：

S31、利用光学软件追迹入射光束中的用于分析波像差的用于分析的全部光线，得到用于分析的全部光线在第一非球面反射镜的凹面发生反射时的反射角和S光和P光在第一非球面反射镜的凹面的反射系数r_s1和r_p1；以及该用于分析的全部光线在第二非球面反射镜的凸面发生反射时的反射角和S光和P光在第二非球面反射镜的凸面的反射系数r_s2和r_p2；

目前光学设计软件中没有用于指导光学设计的偏振像差评价函数，但如Zemax、CODEV等软件都已具备偏振光线追迹的功能，因此在本发明的一个优选实施例中，利用Zemax分别对S光和P光进行偏振光线追迹，分别得到S光和P光在第一非球面反射镜的凹面发生反射时的反射系数r_s1和r_p1；

进一步得到S光和P光在第二非球面反射镜的凸面发生反射时的反射系数r_s2和r_p2。

S32、根据S光和P光在第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的反射系数r_s1、r_p1、r_s2和r_p2，得到用于分析的全部光线经由第一非球面反射镜和第二非球面反射镜产生的二向衰减D_r；

在本发明的一个优选实施例中，得到的经由第一非球面反射镜和第二非球面反射镜后产生的二向衰减D_r为:

S33、追迹经过加入透镜组后透射的用于分析的全部光线，得到用于分析的全部光线通过折反式卡塞格林望远镜系统后产生的二向衰减D。

在本发明的一个优选实施例中，在第一非球面反射镜和第二非球面反射镜间加入透镜组，当光线在透镜组的各个透镜传播时，可追迹得到S光在每个透镜表面的透射系数t_si和P光在每个透镜表面的透射系数t_pi，其中，i对应于透镜组中第i个透镜表面。

得到用于分析的全部光线在透过整个折反式卡塞格林望远光学系统后，产生的二向衰减为：

S34、利用光学软件将同一视场下用于分析的全部光线做偏振像差分析，得到同一视场下入射光束的二向衰减D_r的RMS值D_r(rms)和二向衰减D的RMS值D_rms。

在本发明的一个优选实施例中，利用Zemax将同一视场下用于分析波像差的全部光线做偏振像差分析，得到该视场下光束经过第一非球面反射镜和第二非球面反射镜后产生的二向衰减的RMS值D_r(rms)：

以及该视场下光束经过第一非球面反射镜、透镜组和第二非球面反射镜后产生的二向衰减的RMS值D_rms：

S35、对其它视场下的得到入射光束重复上述步骤，得到关于透镜组的曲率半径的偏振二向衰减评价函数f。

在本发明的一个优选实施例中，对其它视场下的入射光束重复步骤S31-步骤S34的处理方法，以偏振二向衰减评价函数f作为偏振二向衰减评价函数，f的值越小则校正后系统的二向衰减越小，偏振二向衰减评价函数f表示为：

S4、优化添加偏振二向衰减评价函数f后的限制波像差的评价函数使卡塞格林望远镜系统的几何像差与偏振像差满足设计需求。

在本发明的一个优选实施例中，f值越小则校正后系统的二向衰减值越小，由于需要同时考虑其它因素，设计时需要反复修改。

由菲涅尔公式可知，二向衰减值与入射角度大小密切相关，入射角又与透镜组中各个透镜的曲率半径相关，因此，通过修改透镜组中各个透镜表面的曲率半径，设计优化得到最终透镜组的面型参数的设计结果。

参见图4所示的校正前后零视场下系统的二向衰减瞳，由于边缘光线比中心光线有更大的入射角，由菲涅尔公式可知入射角越大，S光与P光的透射率差异越大，二向衰减值也就越大，因此折反式卡塞格林望远镜系统的二向衰减值由中心向边缘逐渐增加。图4中线条的长短以及颜色深度代表二向衰减的大小，线条的方向代表透射率较大的偏振光的方向，图中线条的方向始终垂直于光线入射平面的方向，可知该视场下S光的透过率始终大于P光。

利用本发明提出的方法在校正前的折反式卡塞格林望远镜系统的二向衰减最大值为0.0466，RMS值为0.0153，校正后零视场下系统的二向衰减值最大为0.028，整个折反式卡塞格林望远镜系统的出瞳处入射光线二向衰减的RMS值为0.0092。由此可证明通过使用透镜组对系统偏振像差进行校正能够降低二向衰减，使二向衰减值降低40％。

在本发明的另一个实施例中，还通过步骤S5对利用步骤S1-步骤S4校正后的折反式卡塞格林望远镜偏振像差利用计算成像系统焦平面处偏振串扰总能量的方法进行进一步的验证验证。

S5、通过计算卡塞格林望远镜系统焦平面处偏振串扰的总能量F_YX的变化对校正偏振像差的卡塞格林望远镜系统进行验证。

具体的，利用方向泽尼克多项式(OZP)将由光学软件生成的二向衰减瞳进一步拟合分解，得到：

其中，I表示单位矩阵；

c_j为方向泽尼克多项式第j项的系数；

OZ_j为矩阵形式的方向泽尼克多项式的项。

方向泽尼克多项式理论矩阵中的各个量可以很容易的与标量泽尼克多项式相联系，可使用边缘编号系统获得OZP的等效编号方案。

即当j＝1，4，9...时：

当j＝2，3，5，6...时：

其中，Z_j为标量泽尼克多项式中的项，则前六项表示为：

Z₁＝1，Z₂＝ρcos(θ)，Z₃＝ρsin(θ)，

Z₄＝2ρ²-1，Z₅＝ρ²cos(2θ)，Z₆＝ρ²sin(2θ)。

将校正前后的二向衰减瞳分别用OZP进行分解得到的各项系数如图5所示。

从图中可以看出光通过由各向同性介质组成的光学系统时，系统对光的偏振态的影响主要由OZ₁、OZ₃与OZ₅组成。因此，我们利用OZP将二向衰减瞳分解为：

J_dia＝I+c₁OZ₁+c₃OZ₃+c₅OZ₅。

泡利矩阵能够更直观地描述光学系统对偏振态的影响，有如下定义：

任何Jones矩阵有如下表达式：

其中，a_i为复系数。

通过各个泡利矩阵的特征向量，可以发现σ₀为单位矩阵，不代表任何的偏振特性，σ₁代表线性x/y偏振特征向量，σ₂代表线性45°或135°的偏振特征向量，σ₃代表左右旋向的偏振特征。

因此可以利用泡利矩阵来表示OZP中各个量，当j＝1，4，9...时：

OZ_j＝Z_jσ₁，OZ_-j＝Z_jσ₂；

当j＝2，3，5，6...时：

OZ_j＝Z_jσ₁+Z_j+1σ₂，OZ_-j＝Z_jσ₁-Z_j+1σ₂，

OZ_j+1＝Z_j+1σ₁-Z_jσ₂，OZ_-j-1＝Z_j+1σ₁+Z_jσ₂；

OZP分解后的三项OZ₁、OZ₃和OZ₅可以表示为：

OZ₁＝Z₁σ₁＝σ₁；

OZ₃＝Z₃σ₁-Z₂σ₂＝ρsin(θ)σ₁-ρcos(θ)σ₂；

OZ₅＝Z₅σ₁+Z₆σ₂＝ρ²cos(2θ)σ₁+ρ²sin(2θ)σ₂；

其中，θ为泽尼克多项式中极坐标点与X轴的夹角。

经OZP分解后的二向衰减瞳通过泡利矩阵展开的偏振像差项分别称之为diattenuation piston、diattenuation tilt和diattenuation defocus。

因此，二向衰减瞳导致的偏振像差由泡利矩阵表示为：

J_dia＝σ₀+(c₁+c₃ρsin(θ)+c₅ρ²cos(2θ))σ₁+(c₅ρ²sin(2θ)-c₃ρcos(θ))σ₂。

二向衰减会导致X偏振方向入射光在穿过光学系统时产生Y方向的串扰，而该串扰只会由泡利矩阵中的σ₂项产生，因此我们利用F_YX作为衡量该串扰的标准，有如下表达式：

可以最终得出：

可见偏振像差所导致的串扰的能量大小与OZP中diattenuation tilt和diattenuation defocus系数的平方成正比，从图5中可以看出整体上diattenuationdefocus系数有所减小，而diattenuation tilt的系数相对于校正前有所增加。整体的结果是使校正前后F_YX在全视场下的串扰能量曲线如图6所示，可以看出在全视场下由二向衰减所导致的串扰能量减小9.7％-63.5％，在零视场处的效果最为明显且随着视场的增加校正效果逐渐减弱。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种折反式卡塞格林望远镜系统，包括第二非球面反射镜和中心开孔的第一非球面反射镜，其特征在于，还包括置于所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜之间的透镜组；

所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜对S光的反射系数均大于对P光的反射系数；所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜的曲率半径均为负的双曲线；

所述透镜组对所述P光的透射系数大于对所述S光的透射系数，用于减小所述折反式卡塞格林望远镜系统的二向衰减；

所述第一非球面反射镜的凹面和所述第二非球面反射镜的凸面均镀有金属反射膜；所述透镜组中各个透镜均为玻璃材质且镀有增透膜；

所述透镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜和所述第二透镜均具有负光焦度；

所述第三透镜和所述第四透镜均具有正光焦度；

所述第一透镜的物方侧面为凸面的弯月结构；

所述第二透镜为双凹面结构；

所述第三透镜的像方侧面为凸面的弯月结构；

所述第四透镜为双凸面结构。

2.根据权利要求1所述的折反式卡塞格林望远镜系统，其特征在于，所述金属反射膜为铝膜。

3.根据权利要求1所述的折反式卡塞格林望远镜系统，其特征在于，所述第四透镜与所述第一非球面反射镜的间距为10mm。

4.一种折反式卡塞格林望远镜系统偏振像差校正方法，其特征在于，包括步骤：

S1、根据设计需求，利用光学设计软件对第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的面型进行拟合；

S2、在所述光学设计软件的系统中加入透镜组，通过构建限制波像差的评价函数对所述折反式卡塞格林望远镜系统进行光线追迹，优化校正如权利要求1-3任一项所述的折反式卡塞格林望远镜系统的波像差；

S3、在所述限制波像差的评价函数中构建并添加偏振二向衰减评价函数f，再次对所述折反式卡塞格林望远镜系统进行光线追迹；

所述偏振二向衰减评价函数f用于指导所述透镜组对所述第一非球面反射镜和第二非球面反射镜共同引起的偏振像差，所述偏振二向衰减评价函数f的表达式如下：

其中，D_r(rms)表示在同一视场内用于分析的全部光线只经过所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜后产生的二向衰减的RMS值；

D_rms表示在所述视场下所述用于分析的全部光线透过所述折反式卡塞格林望远镜系统后产生的二向衰减的RMS值；

S4、优化添加所述偏振二向衰减评价函数f后的所述限制波像差的评价函数使所述折反式卡塞格林望远镜系统的几何像差与偏振像差满足设计需求。

5.根据权利要求4所述的折反式卡塞格林望远镜偏振像差校正方法，其特征在于，所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜的面型均满足如下表达式：

其中，y代表所述第一非球面反射镜垂直光轴的径向坐标值；

Z(y)为所述第一非球面反射镜或所述第二非球面反射镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；

c＝1/R，R表示所述第一非球面反射镜或所述第二非球面反射镜的面型中心的曲率半径；

k表示圆锥系数；

A、B、C、D为非球面系数。

6.根据权利要求4所述的折反式卡塞格林望远镜偏振像差校正方法，其特征在于，所述偏振二向衰减评价函数f的构建包括如下步骤：

S31、利用光学软件追迹入射光束中的用于分析波像差的用于分析的全部光线，得到所述用于分析的全部光线在所述第一非球面反射镜的凹面发生反射时的反射角，以及S光和P光在所述第一非球面反射镜的凹面的反射系数r_s1和r_p1；所述用于分析的全部光线在所述第二非球面反射镜的凸面发生反射时的反射角，以及S光和P光在所述第二非球面反射镜的凸面的反射系数r_s2和r_p2；

S32、根据所述S光和所述P光分别在所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜的反射系数r_s1、r_p1、r_s2和r_p2，得到所述用于分析的全部光线经由所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜产生的二向衰减D_r；

S33、追迹经过加入所述透镜组后透射的所述用于分析的全部光线，得到所述用于分析的全部光线通过所述折反式卡塞格林望远镜系统后产生的二向衰减D；

S34、利用所述光学软件将同一视场下所述用于分析的全部光线做偏振像差分析，得到所述同一视场下所述入射光束的所述二向衰减D_r的RMS值D_r(rms)和所述二向衰减D的RMS值D_rms；

S35、对其它视场下的得到所述入射光束重复上述步骤，得到关于所述透镜组的曲率半径的偏振二向衰减评价函数f。

7.根据权利要求4所述的折反式卡塞格林望远镜偏振像差校正方法，其特征在于，还包括步骤：

S5、通过计算所述卡塞格林望远镜系统焦平面处偏振串扰的总能量F_YX的变化，对校正偏振像差的所述卡塞格林望远镜系统进行验证，所述偏振串扰的总能量F_YX的表达式为：

其中，c₃和c₅分别表示方向泽尼克多项式分解后的OZ₃项和OZ₅项的系数。

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