本人不是做紅外的，看到一篇綜述就看看作爲了解和知識儲備。
1、紅外光學系統需解決主要問題
紅外輻射的波長比可見光的大一個數量級，容易發生衍射；紅外光學材料的折射率大且種類較少，用不同材料組合進行光學像差校正的選擇範圍小。紅外波段的輻射能量與可見光波段的輻射能量相差幾個數量級，爲獲得足夠多的紅外輻射能量，紅外/熱成像系統需要採用大孔徑成像光學系統；一般而言，紅外/熱成像系統需要觀察遠距離（例如 5000 m）的場景，因此需要採用長焦距（例如 200 mm）的光學系統；爲控制紅外輻射的衍射，紅外成像光學系統的相對孔徑需要取較大值（例如 F 數取值 1～4），典型可見光相機鏡頭的 F 數取值 1～22。
以上這些要求都將增加紅外成像光學系統的設計和加工難度。
2、紅外成像光學技術的發展
第一代：基於光機掃描成像的紅外光學系統，特別是產生了基於鍺材料光學元件的長波紅外光學系統。
存在問題：1）紅外成像光學系統需要定製，結構複雜，傳遞函數較低，光學元件數量多，系統裝調要求高；
2）不能實現與紅外探測器的有效集成，紅外成像光學系統的尺寸、重量較大；
3）折射式紅外成像光學系統的“水仙花效應”較爲嚴重（當目標紅外輻射通量密度低於紅外成像光學系統自身紅外輻 射通量密度時，則紅外成像光學系統產生的紅外輻射作爲主要背景雜散光被紅外探測器接收）。
第二代：爲克服第一代問題，尤其是水仙花效應。
發展內容：1）發展了無熱化技術，改善光學系統因溫度變化引起的離焦 。
2）發展了折射元件表面加工衍射面的混合光學元件和非球面光學元件，提高成像質量，簡化光學系統。
3）面向長焦距、遠距離紅外/熱成像系統應用，發展了軸向反射紅外光學系統，通過摺疊光路減小系統軸向尺寸，如 卡塞格林光學系統。因軸向反射系統有較大遮擋，減小了有效入射輻射，又發展了無遮擋的離軸反射系統。
4）面向熱瞄鏡、單兵熱像儀等輕量化、小型化非製冷熱像儀的應用，發展了種類繁多的非製冷紅外光學系統。
5）發展了標準化、通用化和系列化的可更換、固定焦距單視場紅外光學系統，滿足高品質、大規模、低成本。
6）發展了光機電一體化的雙視場、三視場和大變倍比連續變焦紅外光學系統，滿足高性能軍事應用。
7）面向多樣化的應用需求，發展了集成多種技術優勢的輕量化、高性能和緊湊的光學系統。
第三代：保持第二代優勢，繼續優化功能
優化內容：1）在保持紅外光學系統體積不變條件下，同時優化紅外/熱成像系統的作用距離和靈敏度。
2）在最小化透鏡數量、最大化光學系統透過率的條件下，同時實現中波紅外和長波紅外波段的清晰成像以及雙波段 像素級融合成像。
3）降低紅外/熱成像系統的體積、重量、功耗和成本。
4）面向計算成像的紅外光學系統，通過智能計算充分發揮光學系統的潛能。
發展內容：1）發展變 F 數製冷紅外成像光學系統
2）發展折反式紅外成像光學系統
3）發展雙波段“畫中畫”紅外成像光學系統
4） 發展折反射周視紅外成像光學系統
5） 發展自由曲面紅外成像光學系統
6） 發展微型非製冷紅外成像光學系統
7） 發展計算成像紅外光學系統
參考文獻：王嶺雪, 蔡毅. 紅外成像光學系統進展與展望[J]. 紅外技術, 2019, 41(01):5-16.
臨時需要，抱佛腳，總結一下紅外系統製冷和無熱化知識(有些內容是幾年前的文獻，不一定適合現有技術)：
製冷：紅外熱成像製冷技術，是爲使熱成像系統正常工作，將其探測器元件冷卻至低溫或深低溫的技術，又稱低溫恆溫器技術。
紅外製冷系統需要考慮的指標：冷光闌。
紅外系統對熱輻射敏感，製冷紅外探測器本身有一個窗口，就是冷欄；光學設計時，要保證光學系統的出瞳和探測器的冷欄位置一致且口徑大小相等，這時，系統是100％的冷欄效率；若出瞳口徑比冷欄口徑大，則把眼睛放在探測器靶面位置，則有一部分有用信息會被冷欄遮擋；所以使用製冷型紅外探測器的光學系統設計，必須保證100％冷欄效率。
無熱化：所有光學材料的折射率、透鏡厚度及表面面形均會隨環境溫度變化。與可見光材料相比，紅外材料的熱效應尤爲明顯，使得透鏡的光焦度發生變化，導致光學系統產生離焦，從而造成系統成像質量下降。因此，爲了保證小型無人機攜帶微型光電吊艙時在不同地域、不同環境溫度條件下均能正常成像，需要對紅外光學系統進行無熱化設計。
冷反射：
製冷探測器的探測深度常常比非製冷探測器高出1-2個數量級，因此製冷熱像儀的性能比一般非製冷熱像儀要好得多。爲了保證探測器能正常工作，需要將其置於溫度極低的杜瓦瓶內冷卻，一般爲液氮級溫度77k，而光學系統和被測目標一般都是處於室溫條件下，約爲300k，之間像差約220k，由於鏡筒其他部分與低溫腔之間溫度差異明顯，導致了一種成像缺陷-Narcissus效應，既冷反射現象，又稱之爲溫差再生效應。
冷反射是製冷熱成像系統特有的現象，是指探測器自身發出的光線，經前面光學系統元件的反射又返回來到達像面爲探測器所接收，相當於看到了自己的冷像，其表現形式爲在屏幕中央或某個位置存在黑斑。
無熱化的幾種方式：
（1）機械主動無熱化。採用溫度傳感器測出環境溫度的變化量，然後計算由此溫度變化產生的像面位移量，並利用電機驅動透鏡沿光軸方向移動，從而實現溫度補償。
（2）機械被動無熱化。在光學系統的結構設計中，利用高膨脹係數材料與低膨脹係數材料的相互配合，調節兩種材料的長度，通過不同膨脹係數材料的膨脹和收縮，使得紅外光學系統中的一組或整組透鏡沿光軸方向移動，從而實現溫度補償。
（3）光學被動補償法。利用不同光學材料所具有的熱特性差異，通過多種不同特性光學材料及結構材料的配合，可以實現溫度補償。
與製冷紅外成像系統相比，非製冷(無熱化)紅外成像系統具有體積小、重量輕等特點，在微型光電吊艙系統中更具優勢。
小結與感想：
從紅外成像光學系統的發展來看，光學系統的發展主要集中在輕量化、小型化，這就使得光學系統需要使用多種技術或元件實現。比如，已經大量運用的非球面，目前運用火熱的自由曲面，以及在處理個別問題有優勢的衍射元件。而光學系統爲了實現小型化，首要問題進行光路轉折與鏡片數量簡化，即從折射式向反射發展，並且爲實現無遮攔、高像質，離軸反射式也應用廣泛。光學系統的進一步發展，可能就是從傳統光學進入到以超表面、超構材料爲代表的微納光學，雖然現在併爲有實質性的應用，但發展的趨勢不會改變。
另外，理論可行，但加工最爲致命。
就光學設計來說，掌握各個功能的使用是基礎(自由曲面、衍射面。。。)，實際上其最基本的原理部分纔是最重要的，即幾何光學和物理光學都應掌握，以及熟悉微納加工工藝甚至相關理論。
有時間再補充。。。