基于非球面的纹影系统设计

孟庆华

摘 要：在大口径纹影系统中，主反射镜通常采用球面反射镜，球面反射镜虽然加工成本低但像质差一些。我们设计的纹影系统主反射镜采用抛物面反射镜，对由两个抛物面反射镜组成的纹影系统和两个球面反射镜组成的纹影系统的像质和像面照度均匀性进行了对比，对环境如气压和温度对窗口的影响进行了有限元分析。设计结果表明：主反射镜采用抛物面反射镜像面上的光斑均匀性优于主反射镜采用球面反射镜的纹影系统。

关键词：纹影系统 大口径反射镜 有限元分析

中图分类号：TH741.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0074-01

纹影技术是光学流动显示技术，测量方法是利用光在所在流场中的折射率梯度和流场的气流密度之间的正比关系进行测量，在燃烧、激波、风洞流场和水洞流场中有着广泛的应用[1-2]。传统纹影系统的光学系统主反射镜都采用球面，虽然加工成本较低、加工周期较短，但由于离轴使用的球面反射镜存在球差和像散，像面照度均匀性略差。本文介绍了主反射镜采用抛物面反射镜的大口径纹影系统，对气压和温度对窗口的影响进行了有限元分析，并对主反射镜采用球面反射镜和抛物面反射镜的纹影系统进行了对比。

1 纹影系统设计

纹影系统采用“Z”字型光路布局，布局图见图1。主要由卤素灯光源系统、聚光镜组件、狭缝、马蹄反射镜、主球面（或非球面）反射镜、刀口、CCD成像系统、镜筒、各种调整机构和纹影系统配套的窗口及相关配件等组成。……