自由曲面光学和望远镜光学设计的研究进展

作者: 时间:2018-01-05 点击数:


在传统光学系统应用中,通常采用的是由球面透镜或者非球面透镜组成的光学系统。随着科技的不断发展,光电仪器使用要求不断提高和使用范围不要扩展,传统的光学系统已无法满足人们对光电仪器朝着智能化、小型化、低成本要求。而光学自由曲面的出现,解决了这一难题。由于自由曲面相对传统球面透镜或者非球面透镜具有较高的设计自由度和灵活的空间布局,使得光学系统的结构得到简化,能够满足现代光学仪器朝着小型代、微型化、低成本的要求。针对自由曲面光学在生产、生活、科研等领域中的实际应用,光学与电子信息学院激光技术系马冬林老师课题组致力于自由曲面在非成像光学和成像光学中应用研究,针对现在自由曲面在照明领域、新能源领域、成像光学系统设计方法的不足,提出一系列的改进。

在非成像光学方面,马冬林老师课题组率先实现了Double-Pole 坐标系统在自由曲面光学设计中的应用,同时使用Composite Ray Mapping拓扑结构,针对不同的照明应用领域设计出不同种类的LED配光透镜,诸如道路照明应用、广场照明应用、室内照明应用等。相关研究论文“Free-form surface generation in a double pole coordinate system for off-axis illumination application”、“Catadioptric freeform optical system design for LED off-axis road illumination applications”分别发表于Applied Optics, 56(4), pp. 771-776(2017)和Optics Express, 26(2), pp. A54-A65 (2018),马冬林老师作为通讯作者,硕士研究生朱正波为第一作者。








在成像光学领域方面的研究,马冬林老师课题组也有所突破。自发改委发布中国大型科学装置项目“大型光学红外望远镜”以来,马冬林老师一直承担该项目望远镜光学系统的概念设计方案(RC三镜、AG三镜和SYZ四镜系统)的科学性能评估与比较工作。马冬林老师在望远镜光学系统传统的评价指标基础上,提出了一个全新的更具科学性和使用性的评价指标—观测信息通量,并基于该指标对RC三镜和SYZ四镜系统的科学观测性能进行了卓有成效的分析评估工作,取得了大量积极有意义的研究成果。该研究成果由马冬林课题组和美国加州大学圣克鲁兹分校的蔡峥研究员合作完成。相关的研究论文“Scientific Performance Analysis of the SYZ Telescope Design versus the RC Telescope Design”发表在了天文科学和仪器杂志Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 130(984), 025001(2017)上。该杂志2017年度影响因子为4.445,马冬林老师为第一作者。





马冬林老师同时也是华中科技大学参与“大型光学红外望远镜”概念设计方案竞标的主要负责人,主要承担该望远镜项目的光学方案的整体概念设计和性能分析工作。在该课题研究中,本课题组提出了一个非等焦比(耐焦焦比不同于卡焦焦比)的RC三镜光学设计方案,这一创新的设计工作的研究论文“Recommended conceptual optical system design for China’s Large Optical-infrared Telescope (LOT)”已经发表在了OSA期刊论文Optics Express 26(1), pp. 108-119 (2018)上。马冬林老师是该论文的唯一作者(第一作者和通讯作者)。



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