光学玻璃光学均匀性的绝对测量技术

光学玻璃的光学均匀性的测量是制造高质量光学玻璃的保证 ,本文详细介绍了三种用于测量光学玻璃光学均匀性的绝对测量方法 ,并利用其中的一种方法研制了一台高精度光学玻璃材料光学均匀性测量仪 ,实验结果表明其对 40mm左右厚光学玻璃材料的光学均匀性检测精度可达 1× 10 - 6 。

光学玻璃光学均匀性高精度测量技术

高质量的透射光学系统对光学材料的光学均匀性要求非常高 ,材料局部折射率 10 -6 量级的变化就可能破坏整个系统的性能。详细介绍了三种用于测量光学玻璃光学均匀性的干涉法 ,研制了一台高精度光学玻璃材料光学均匀性测量仪。实验结果表明 :40mm左右厚的光学玻璃材料的光学均匀性检测精度可达 1× 10 -6 。

液体喷射抛光技术研究

液体喷射抛光(FJP)技术是近几年提出的一种新型光学抛光工艺,本文简介了这种抛光技术的原理,介绍了我们的研究结果,其中包括在抛光机理方面提出抛光液中磨料粒子的径向流动对工件产生的径向磨削剪切作用是材料去除的关键;建立了较完善的描述FJP过程的数学模型;提出了获得较理想工作函数的方法;得到了求解时间驻留函数的一种算法;另外还研究了不同FJP溶液及一些工艺参数对样品表面粗糙度的影响、被抛光材料特性对材料去除率及表面粗糙度的影响等。结合这些研究建立了一套非球面数控液体喷射抛光设备和相关工艺,并利用其对实际非球面做了数控抛光实验,最后得到其截面的误差优于0.15μmPV,表面粗糙度Ra达到2.25nm,实验结果表明此技术可用于非球面的数控抛光。

一种大数值孔径小非球面检测用补偿器设计

利用补偿器的补偿法是检测高精度非球面的一种非常重要的方法 ,它可以利用已广泛实用的Zygo等高精度的数字干涉仪 ,用补偿法的关键是补偿器的设计。本文介绍了补偿法检测非球面的原理 ,针对要检测一种大数值孔径小非球面模芯 ,设计了一种由 4片薄球面透镜组成的补偿器 ,该补偿器由前后两部分组成 ,前面两片组成一个数值孔径很小的系统 ,主要用于产生适量的球差 ,后组两片组成一个数值孔径较大的系统 ,并与前面的一起满足被测非球面检测的需要。文中对制造、检测及装调等主要误差源引起误差进行了全面分析。用这种补偿器检测相应的非球面 ,检测精度可达 0 .0 5λ ,可满足光盘物镜非球面模芯的检测需要。

高精度光学玻璃光学均匀性测量仪研制

围绕研制大口径高精度光学玻璃材料光学均匀性测量仪 ,简要介绍一种光学玻璃光学均匀性的绝对测量原理及其优点 ,介绍了系统组成、数据处理方法与流程 ,给出了与Zygo干涉仪的对比测量结果 ,结果表明其对大于 3 0mm厚光学玻璃材料的光学均匀性检测精度可达 1×10 - 6 。

单晶硅柱面反射镜的检测

柱面镜的加工和检测都较球面困难 ,这使其应用受到一定的限制。本文介绍了我们在加工一组单晶硅柱面镜扩束系统时针对我们所要加工的柱面镜的特点 ,采用柱面的反射光作被检光 ,使其与参考光干涉的方法检测柱线以及用检测系统来评价最后加工结果的方法。

用校正法提高补偿器检测法的精度

研究了一种测量、分离补偿法检测补偿器非圆对称误差的技术,这种技术基于波面误差可用泽尼克圆多项式来表述。通过使补偿器或被测非球面绕系统光轴旋转到多个不同的角度,得到多个测量结果,根据这些测量结果,计算得到由补偿器误差带来的波面误差的非圆对称项泽尼克圆多项式系数,接着根据这些非圆对称项泽尼克圆多项式系数制作一个校正文件对非球面的测量结果进行校正,利用该技术可有效减轻对补偿器材料、加工及装校的苛刻要求,提高测量精度。实验结果表明:对某一被测非球面不用该技术时测量结果为0.105λ(RMS),应用此技术后的测量结果为0.026λ(RMS),且被测面在几个任意不同角度时的测量结果相差只有0.001λ(RMS),效果很好。该技术已被应用到实际的双曲面凸面反射镜的测量中。

新型遥感光学立体成像系统的光学系统设计

用前视、直视和后视三个相机及相应的传感器阵列 CCD以获取地面的不同视角下的信息 ,通过计算机处理得到地面的立体图像的技术是 80年代发展起来的新型遥感光学立体成像技术 ,本文简述了遥感光学立体成像原理 ,详述了整个系统的主要参数斜视相机倾角、扫描频率、地面分辨率、直及斜视相机焦距和视场角的确定 ,对光学系统的设计进行了详尽的分析。设计出了性能很好。

设计非球面检测用补偿器应注意的几个问题

介绍了补偿法检测非球面的原理,举例说明了在补偿器的设计中应注意事项。在补偿器中的每个面及其球心都不要位于其前面的光学元件组成的光学系统的焦点附近,以避免其反射光在有效干涉场内与参考光干涉,从而影响检测结果;补偿器中入射角大的面尽量前移,以降低公差要求;对补偿器材料的光学均匀性要认真核算以确保最后的检测结果有效。

柱面镜组的计算机辅助调校

计算机辅助装调技术是通过计算机对理论和实时检测结果的分析计算来有效地指导装调技术。本文通过计算机对由柱面反射镜组成的红外反射扩束系统的各种调整自由度的详细分析 ,以及在检测时对结果的实时分析 ,可确定合理的检测方案 ,有效的减少了调整时间 。

接触式非球面轮廓测量的数据处理模型

在分析接触式轮廓测量仪误差的基础上,以最小二乘法为基本数学理论,提出了一种能同时校正由于非球面镜放置时存在的X、Y方向的倾斜、X、Y、Z方向的偏心,曲率半径不准确、以及由于轮廓仪的旋转中心与探测头的零点之间随机的微小偏移所造成的测量误差的数学模型。数学模拟表明,该模型在校正上述误差源上具有极高的精度,对1 cm以下的偏心和0.1°以下的倾斜可无误差地恢复,对曲率半径的恢复也极为有效。实际工程应用的结果表明,模型是可靠有效的,为接触式非球面轮廓测量提供了一个宽松的镜子放置条件及自动拟合最佳曲率半径的功能。特别是自动校正由于轮廓仪的旋转中心与探测头的零点之间的随机微小偏移所造成的测量误差的功能提高了测量仪的测量精度和测量结果的重复性。

基于DSP的宽动态范围莫尔条纹计数与精密细分技术

为莫尔条纹的计数与细分提供了一种基于 DSP(数字信号处理器 )的高速软件解决方案。它能有效的解决传统系统中计数电路与细分功能不能无缝匹配的问题 ,提高测量的准确性。由于采用了高速信号处理和闪烁采样技术 ,采用该方案的系统能处理宽动态范围的莫尔条纹信号。提供的实例能对从直流到1 MHz的莫尔条纹信号进行计数与细分 ,对于 1 μm光学分辨率的光栅测长系统来说 ,其相应的最高测量速度为 1 0 0 0 mm/ s,细分步长可以达到 nm级。

液体喷射抛光材料去除机理的研究

从实验出发,研究了液体喷射抛光中抛光区的特征及材料的去除机理。得到了垂直喷射时在材料的去除区域呈W型的环状分布现象,并运用射流与冲击理论对这一现象做了详细地分析。实验结果表明,磨料粒子碰撞时的剪切作用对材料的去除来说占主导地位,而直接冲击作用占次要地位。

光纤点衍射干涉仪的技术研究

提出一种用光纤实现点衍射干涉的方法 ,由两根光纤分别传输参考光和测试光 ,利用单模光纤的小纤芯所产生的高质量衍射球面波进行超精面形的测量。与传统的干涉仪相比 ,该方法结构相对简单 ,误差来源少 ,且不需要传统干涉仪中的高质量标准面 。

液体喷射抛光技术材料去除机理的有限元分析

实验研究了液体喷射抛光技术的材料去除量分布特征,并利用有限元分析方法,分析了抛光头(液体柱)与工件表面相互作用时流场的分布特点。实验结果及计算机模拟的结果表明,材料去除量与射流碰撞工件后流体沿工件表面的速度有关,即材料去除量的分布与抛光液在工件表面速度场的分布有关,速度分布最大的边缘部分,材料去除量最大;相互作用区外,速度逐渐减小,材料去除量也随之渐少。该现象说明,抛光液中磨料粒子的径向流动对工件产生的径向剪切应力是材料去除的关键。

小型非球面轮廓测量仪的原理及应用

介绍了自行研制的FLY I非球面轮廓仪的设计以及测量软件数学模型,其实用精度为1～2μm。光学元件的抛光精度取决于精磨精度,本实验室现有的LOH高精度铣磨机床经过对第1次精磨后的光学元件面形进行修正,2次精磨后其精磨精度可达到2μm。研究了这一非球面轮廓仪以配合LOH铣磨机床,测量得到1次精磨后的面形误差数据,经过误差反馈进行2次精磨,以保证光学元件的精磨精度。通过多次实验以及数据处理、分析,证明自行设计、装调的非球面轮廓仪达到了设计的精度要求,可满足实验室,光学加工车间对小型非球面精磨阶段面形的检测要求,即精磨面形误差在2μm以内,同时也可直接用于中低精度非球面光学元件的最终检测。

0.5m超薄镜主动支撑面形校正及实验

为了研究主动支撑条件对超薄镜面形误差的校正能力,以一个直径0.5m的超薄镜为例进行了面形校正的仿真分析及实验验证。分析了致动器作用力与超薄镜面形的关系,引入了一些需校正的面形误差,如初级球差、慧差、像散及重力变形等,确定了致动器作用力的优化目标,用求解非线性约束问题的优化算法——序列二次规划法计算了校正面形误差所需的致动器作用力,得到了超薄镜面形残余误差。仿真分析表明,对于归一化系数为1的初始球差、慧差、像散以及它们的叠加,用本文提供的致动器排布方式可以将面形误差校正到RMSλ/24以内,且对初级像散的校正能力最强,慧差和球差次之;竖直放置时的重力变形加上3种低阶像差的叠加也可被校正到RMSλ/24。在得到主动支撑的0.5m实验镜的初始面形结果后,重新计算了优化力和面形误差,结果表明,计算结果和实际装调结果基本一致,RMS约为λ/7。计算分析了超薄镜面形未能达到预期目标的原因,提出了适当增加致动器和提高超薄镜初始面形精度的改进方案,并最终使超薄镜面形达到RMSλ/20的要求。

主动成形准各向同性CFRP复合材料反射镜的铺层设计

要实现高精度的碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料反射镜的主动成形,使用面内刚度和弯曲刚度均为准各向同性的层合板非常重要。先建立对称层合板几何模型,根据经典层合板理论,得到准各向同性的要求下,正则化面内刚度系数、弯曲刚度系数以及正则化几何因子应满足的条件,确定单层组数最大的铺层方式,并提出以正则化刚度系数和几何因子表示的两种铺层顺序优化方法。然后,针对M40/环氧648材料,通过编程得到不同定向单层数量下的最佳铺层顺序。最后,用两种优化方法下的优化结果分别建立口径500 mm的壳体模型,经有限元静力学分析,得到模型上相同半径上各节点在光轴方向的变形量,并进行数据处理。结果表明:总层数为24层时,铺层顺序为[45/-15/-75/90/15/-45/-30/60/-60/0/30/75]s的层合板弯曲刚度的均匀性最佳。采用正则化刚度系数优化方法 Di*j=Ai*j,可得到准各向同性层合板铺层顺序的最优化方案;当总层数一定且单层组数最大时,增加定向单层数,将增加层合板弯曲刚度的均匀性。采用正则化刚度系数法对铺层顺序进行优化为准各向同性CFRP复合材料反射镜的铺层设计提供了一种方法。

超光滑硅柱面反射镜的加工和检测

介绍了超光滑硅柱面反射镜的加工过程、工艺控制及检测方法。给出了由超光滑硅柱面反射镜组成的准直扩束系统的出射波面的检测结果。

液体喷射抛光时各工艺参数对材料去除量的影响

以实验为基础,研究了液体喷射抛光技术的各工艺参数,包括喷射角、工作压力、工作距离和作用时间等参量对工件材料去除的影响。获得了它们之间的关系曲线;得出了工件材料去除的规律;确定了液体喷射抛光时的最佳参数组合。为进一步研究液体喷射抛光时各工艺参数对工件表面粗糙度的影响奠定了基础。