自由(you)曲面被(bei)認(ren)為是一(yi)種革命性(xing)光(guang)(guang)(guang)學成像(xiang)技術，是目前(qian)國際光(guang)(guang)(guang)學設計(ji)(ji)(ji)領域的(de)研究熱點(dian)，美(mei)國國家航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天局(ju)（NASA）將其(qi)列為“Cutting Edge Technology”，歐洲(zhou)航(hang)(hang)天局(ju)（ESA）將其(qi)列為“Game Changer Technology”，其(qi)打破了傳統(tong)光(guang)(guang)(guang)學曲面回轉/平移對(dui)(dui)稱的(de)局(ju)限性(xing)，為光(guang)(guang)(guang)學設計(ji)(ji)(ji)人(ren)員提供了更多設計(ji)(ji)(ji)自由(you)度，具備大幅提升特別是非對(dui)(dui)稱光(guang)(guang)(guang)學系統(tong)視場、像(xiang)質、體積等(deng)的(de)潛(qian)力(li)，成為未(wei)來(lai)光(guang)(guang)(guang)學設計(ji)(ji)(ji)的(de)發展方向之一(yi)。然而，自由(you)曲面的(de)非對(dui)(dui)稱和多自由(you)度特點(dian)給光(guang)(guang)(guang)學設計(ji)(ji)(ji)、加(jia)工、檢(jian)測等(deng)環節(jie)帶來(lai)挑戰(zhan)。

　　由于自由曲面技術各環節之間的相互關聯性，中國科學院西安光學精密機械研究所空間光子信息新技術研究室自由曲面技術研究團隊，就自由曲面理論、設計、加工、檢測等方面開展了系統研究，突破了可見光波段自由曲面的多參量高效優化設計、高精度零位補償干涉檢測及超精密迭代補償加工等關鍵技術，研制出新型“低成本、可快速響應、全鋁光機、全自由曲面”大視場可見光相機，鋁基自由曲面（7階以上XY多項式）制造精度達到國際先進水平~RMS1/30λ@632.8nm，相機視場角20°×15°、實測傳函~0.4@78lp/mm。此(ci)外，科(ke)研人(ren)員研制(zhi)出多款(kuan)全鋁光(guang)機全自由曲面大視場非制(zhi)冷和制(zhi)冷紅外相機，并獲得優異的(de)成像(xiang)質量。隨著(zhu)自由曲面技術的(de)快(kuai)速(su)發展(zhan)，未來該技術有望為(wei)光(guang)電空天領(ling)域等(deng)新(xin)型顛覆性光(guang)學系統的(de)研制(zhi)提供(gong)重要支撐(cheng)。

　　相關研究成果以Optical design and fabrication of an all-aluminum unobscured two-mirror freeform imaging telescope為題，發表在Applied Optics上，并獲多位匿名審稿人評價為“a good showcase of design and production of an optical system”、“a valuable paper for the research and fabrication community”等，該論文成為Applied Optics和Optics Letters2020年(nian)(nian)光學設計與(yu)加工(gong)領(ling)域十四篇(pian)下載量(liang)最多論(lun)文(wen)之(zhi)一。研究工(gong)作得(de)到西(xi)安光機(ji)所基礎科研部(bu)自(zi)主(zhu)部(bu)署(shu)項目、西(xi)安光機(ji)所“十三五(wu)”培育項目、中科院(yuan)青年(nian)(nian)創新促(cu)進會(hui)和中科院(yuan)西(xi)部(bu)青年(nian)(nian)學者(zhe)項目等的支持(chi)。

圖1.可見光自由(you)曲面加工與檢測

圖(tu)2.全(quan)鋁全(quan)自由曲面大視場可見(jian)光(guang)相(xiang)機實物圖(tu)

圖(tu)3.全(quan)鋁全(quan)自(zi)由曲面(mian)大視場可(ke)見光相機環境試驗