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在红外反射镜设计中，离轴与共轴设计是突破视场与像质矛盾的关键技术路径，二者通过不同的光学架构与像差校正策略，分别针对大视场与高像质需求实现优化。
共轴设计以光轴为对称轴，通过经典双反射镜系统（如卡塞格林、格里高利结构）实现小视场下的高像质。其核心优势在于结构紧凑、装调简单，且主次镜同轴布局可减少系统复杂度。例如，卡塞格林系统通过主次镜的二次反射，将像点引至主镜外侧，避免了中心遮拦，同时利用二次曲面（如抛物面、双曲面）校正球差与彗差，使小视场（通常小于2°）内像质接近衍射极限。然而，共轴系统的视场扩展受限于次镜遮拦与轴外像差累积，当视场增大时，像散、场曲等像差会显著恶化，导致边缘视场像质下降。
离轴设计则通过打破旋转对称性，消除共轴系统的中心遮拦，并利用自由曲面或非球面反射镜实现大视场与高像质的平衡。例如，离轴三反射镜系统（如WALRUS、Schwarzschild结构）通过主镜、次镜、三镜的偏心与倾斜布局，将光线路径分离，避免遮拦的同时扩大视场至10°以上。此类系统采用自由曲面反射镜，其面型由高阶多项式描述，可独立控制不同视场的像差，显著提升轴外像质。例如，法国艾克斯马塞大学设计的离轴三反系统，通过勒让德多项式自由曲面与曲面探测器结合，实现了7.2°×7.2°视场内像质接近衍射极限。此外，离轴设计还可结合矢量像差理论，通过优化反射镜的偏心量与倾斜角，进一步平衡像差场，提升全视场均匀性。
技术突破点在于：共轴系统通过经典像差校正理论优化结构参数，适用于小视场、高精度需求；离轴系统则依赖自由曲面加工与装调技术，突破传统像差校正极限，实现大视场与高像质的兼容。未来，随着超精密加工（如单点金刚石车削）与自适应光学技术的发展，离轴与共轴设计的融合将成为趋势，例如采用共轴折叠反射镜结合离轴校正技术，可在紧凑结构中实现更大视场与更高像质。
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