从西安光机所获悉，该所空间光子信息新技术研究室自由曲面技术研究团队就自由曲面理论、设计、加工、检测等方面开展了系统研究，突破了可见光波段自由曲面的多参量高效优化设计、高精度零位补偿干涉检测以及超精密迭代补偿加工等关键技术，研制出新型“低成本、可快速响应、全铝光机、全自由曲面”大视场可见光相机，铝基自由曲面（7阶以上XY多项式）制造精度达到国际先进水平。
西安光机所空间光子信息新技术研究室自由曲面技术研究团队的上述研究工作发表在Applied Optics期刊上，并获得高度评价。该论文也成为Applied Optics和Optics Letters期刊2020年光学设计与加工领域14篇下载量最多论文之一。另外，该团队还研制了多款全铝光机全自由曲面大视场非制冷和制冷红外相机，并获得优异的成像质量。据介绍，团队研究工作得到了西安光机所基础科研部自主部署项目、西安光机所135培育项目、中科院青年创新促进会和中科院西部青年学者项目等支持。
自由曲面被广泛认为是一种革命性光学成像技术，是目前国际光学设计领域的研究热点，NASA将其列为“Cutting Edge Technology”，ESA将其列为“Game Changer Technology”，其颠覆了传统光学曲面回转/平移对称的局限性，为光学设计人员提供了更多设计自由度，具备大幅提升特别是非对称光学系统视场、像质、体积等的潜力，成为未来光学设计的重要发展方向之一。然而，自由曲面的非对称和多自由度特点也给光学设计、加工、检测等环节带来了巨大挑战。
考虑到自由曲面技术各环节之间的相互关联性，西安光机所空间光子信息新技术研究室自由曲面技术研究团队就自由曲面理论、设计、加工、检测等方面开展了系统研究，突破了可见光波段自由曲面的多参量高效优化设计、高精度零位补偿干涉检测以及超精密迭代补偿加工等关键技术，研制出新型“低成本、可快速响应、全铝光机、全自由曲面”大视场可见光相机，铝基自由曲面(7阶以上XY多项式)制造精度达到国际先进水平~RMS1/30λ@632.8nm，相机视场角20°×15°、实测传函~0.4@78lp/mm，相关工作以“Optical design and fabrication of an all-aluminum unobscured two-mirror freeform imaging telescope”为题发表在Applied Optics期刊上，并获多位匿名审稿人高度评价，分别认为本工作是“a good showcase of design and production of an optical system”、“a valuable paper for the research and fabrication community”等，该论文也成为Applied Optics和Optics Letters期刊2020年光学设计与加工领域十四篇下载量最多论文之一(论文链接)。另外，该团队还研制了多款全铝光机全自由曲面大视场非制冷和制冷红外相机，并获得优异的成像质量。
图1 可见光自由曲面加工与检测
图2 全铝全自由曲面大视场可见光相机实物图
图3 全铝全自由曲面大视场可见光相机环境试验
随着自由曲面技术的快速发展，未来该技术有望为光电空天领域等新型颠覆性光学系统的研制提供重要支撑。
以上研究工作得到了西安光机所基础科研部自主部署项目、西安光机所135培育项目、中科院青年创新促进会和中科院西部青年学者项目等的支持。
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