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什么是光學折射系統？光學折射系統原理分析

光學折射系統是一種利用透鏡或反射鏡的折射和反射原理來操縱光線的光學裝置。這類系統通過改變光線的傳播方向和聚焦特性，實現對光束的控制和成像。伽利略望遠鏡作為一種典型的光學折射系統，其結構由一個正透鏡（物鏡）和一個負透鏡（目鏡）組成，能夠實現對遠處物體的放大觀察。

伽利略望遠鏡的工作原理基于透鏡的光焦度（φ），即透鏡對光線的折射能力。系統的光學方程式可表示為：

φL1+φL2–φL1φL2D=0

其中φL1—透鏡1（正透鏡）的光焦度，φL2—透鏡2（負透鏡）的光焦度，D—鏡片間隔。如果從負透鏡射出的光線在工作溫度范圍內保持準直，其被認為是被動無熱化的設計。在一些要求更高的應用中，可以指定在溫度范圍內放大倍率變化量作為條件進行進一步約束。

望遠鏡中透鏡光學材料和鏡筒的CTE和TCR如下表所示。在本例中，準直的近軸變化需要控制在18μrad以內（在衍射極限范圍內，四分之一波長），–10°C和50°C下的像差曲線如下圖。

本例選擇的外殼材料是殷鋼，與鋁或其他金屬相比，這種材料具有非常低的膨脹系數。正物鏡為球面透鏡，由硅制成，具有較小的膨脹系數和中等大的正折射熱系數，隨著溫度的升高，鏡頭會變得更加正；負鍺透鏡具有較小的膨脹系數和較大的正折射熱系數，隨著溫度的升高，負透鏡變得更加負。因此，當兩者按配合使用并安裝在殷鋼的鏡筒中時，它們的尺寸和材料變化會相互抵消，從而使出射光束保持準直狀態。此外，放大倍率的變化僅為0.3%左右。

通過選擇與制造光學零件（反射鏡）材料相同的鏡筒材料，選擇光學零件特性來補償鏡筒材料的熱效應，以及選擇鏡筒材料來補償光學零件的光學特性，可以實現光學設備的被動無熱化。

創建時間：2024-05-17 14:59

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