什么是光学折射系统？光学折射系统原理分析
光学折射系统是一种利用透镜或反射镜的折射和反射原理来操纵光线的光学装置。这类系统通过改变光线的传播方向和聚焦特性，实现对光束的控制和成像。伽利略望远镜作为一种典型的光学折射系统，其结构由一个正透镜（物镜）和一个负透镜（目镜）组成，能够实现对远处物体的放大观察。
伽利略望远镜的工作原理基于透镜的光焦度（φ），即透镜对光线的折射能力。系统的光学方程式可表示为：
φL1+φL2–φL1φL2D=0
其中φL1—透镜1（正透镜）的光焦度，φL2—透镜2（负透镜）的光焦度，D—镜片间隔。如果从负透镜射出的光线在工作温度范围内保持准直，其被认为是被动无热化的设计。在一些要求更高的应用中，可以指定在温度范围内放大倍率变化量作为条件进行进一步约束。
望远镜中透镜光学材料和镜筒的CTE和TCR如下表所示。在本例中，准直的近轴变化需要控制在18μrad以内（在衍射极限范围内，四分之一波长），–10°C和50°C下的像差曲线如下图。
本例选择的外壳材料是殷钢，与铝或其他金属相比，这种材料具有非常低的膨胀系数。正物镜为球面透镜，由硅制成，具有较小的膨胀系数和中等大的正折射热系数，随着温度的升高，镜头会变得更加正；负锗透镜具有较小的膨胀系数和较大的正折射热系数，随着温度的升高，负透镜变得更加负。因此，当两者按配合使用并安装在殷钢的镜筒中时，它们的尺寸和材料变化会相互抵消，从而使出射光束保持准直状态。此外，放大倍率的变化仅为0.3%左右。
通过选择与制造光学零件（反射镜）材料相同的镜筒材料，选择光学零件特性来补偿镜筒材料的热效应，以及选择镜筒材料来补偿光学零件的光学特性，可以实现光学设备的被动无热化。
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2025-09-30
