基於波帶片衍射原理製造成像系統技術

現階段國外在航天領域中,基於波帶片衍射原理製造 成像系統的技術有兩種:一是菲涅爾波帶片技術,二是光子篩(Photon Sieve)技術。PS技術是由菲涅爾波帶片技術發展而來,PS由大量分佈在波帶片 環帶上的微孔組成。PS可以在波帶片的基礎上進一步提高分辨力,因此成爲近年衍射成像技術的研究熱點。

1、菲涅爾波帶片技術 

菲涅爾波帶片一般是由一系列透明和不透明的同心圓環組成,它能使點光源成實像,因此可以認爲 它的作用和一塊會聚透鏡相當,可以作爲成像器件使 用。如果作爲成像器件,分辨率是一個重要的指標。 波帶片最外環的寬度決定了它的分辨率。由於製作 工藝的侷限性,無法無限制地減小波帶片的最外環寬 度。另外,由於波帶片衍射像中的旁瓣效應,降低了 成像質量。而PS比菲涅爾波帶片在分辨率上更具優 勢。 

2、光子篩技術 光子篩是近10年發展起來的一種新型的衍射光學成像器件。每一個微孔的衍射光在PS後的相應位置同相相加,就像許多同相的小 口徑陣列。用微孔環帶陣列替代菲涅爾波片中的透 明環帶,大大提高了PS聚焦光束的尖銳性,使得光 學成像質量得到極大提高。PS是由一塊薄片組成, 只需在外圍使用支撐結構,因而使PS的實用性大 大提高。國外現有研究結果表明,微小孔的直徑在 一定範圍內,可以大於所在的菲涅爾環帶寬度,而成 像質量不受影響,這一特點降低了對生產工藝的要求。

光子篩具有體積小、重量輕、光譜範圍寬、設計靈活、分辨率高、製成陣列容易等優點。光譜範圍覆蓋了傳統的折射或反射光學器件難以實現的光譜區 域(包括可見光、紅外、軟X射線和極紫外)。 在軟X射線和EUV波段,各種材料的折射率均接近或者等於l,這就導致了常規的通過折射聚焦成像 的光學元件將無法正常使用。極紫外線望遠鏡在空間科學研究中有重要的價值,這就使PS在這一 領域有獨特的優勢。在成像方面,PS空間分辨率可以達到比其特徵尺寸更小的超分辨水平,其輕質的 特性適合製造大口徑望遠鏡,因此在航天領域有着 廣泛的應用前景。


具體瞭解可在 劉韜的(波帶片衍射成像技術在對地觀測衛星中的應用)

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