大尺寸矩形准直镜轻量化结构多学科优化设计

在极大望远镜宽视场光谱仪准直镜结构轻量化研究中,实施多学科多目标优化的可行性设计。通过多目标遗传算法结合多学科协同对准直镜轻量化结构进行优化设计,即以镜面形状要素为优化参数、镜面面型和质量为目标,并借助遗传算法为优化算法获取Pareto最优解。对比研究了不同轻量化孔轻量化后综合性能和轻量化后准直镜的热稳定性,三角型轻量化后准直镜轻量化率为70%,PV值为82.696nm;矩形轻量化孔准直镜轻量化率为75.3%,PV值约为107.03nm;准直镜环境温度变化为10K时,准直镜形变约增加一倍。研究结果表明:三角形轻量化孔综合评价优于矩形孔;准直镜结构轻量化多目标优化设计全面考虑了准直镜结构轻量化、轻量化孔形状要素和光学面型形变等多学科之间耦合问题,设计者可按需选择全局范围内最满意的最优解,这将大幅度降低开发成本和周期。

KM6太阳模拟器拼接式准直镜的装校技术

KM6太阳模拟器准直镜是由121块正六边形的球面单元镜拼接而成,拼接后有效口径为6636mm、曲率半径为24800mm。文章分析了3种经典的球面反射镜光学装校的原理,并根据KM6太阳模拟器光学系统的结构参数,确定用平行激光束聚焦的原理装校准直镜。以该原理为基础设计了360°旋转式装校装置,结构简单易行,很好地实现了准直镜的光学装校。文章还分析了装校过程中测量仪器误差、操作人员判读误差对准直镜装校精度的影响。

太阳模拟器准直镜热设计方法

文章建立了某太阳模拟器准直镜的数学模型,利用 MATRIX 软件建立了仿真模型,对准直镜的温度分布进行了分析,对辐射冷却、电加热调温方案的温控效果进行了研究,并给出了设计建议。

宽光谱微光准直镜方案设计

介绍宽光谱大视场微光准直镜的光学设计和镜组结构方案,侧重叙述大视场微光准直镜的二级光谱校正方法。根据初级像差理论,由半部系统出发,给出了系统的初始结构。通过理论分析和ZEMAX光学设计软件的优化,结合工程应用给出了工作波长为(0.486～0.863)μm、全视场,相对孔径为1:7.85的镜头设计实例,其二级光谱为0.01mm。该镜头由6块镜片组成,包括一个标准抛物面,在20lp/mm空间频率处MTF值超过0.8。准直镜的像差满足使用要求。

极大望远镜光谱仪准直镜调节机构误差分析

针对极大望远镜宽视场光谱仪准直镜位姿调整机构的位姿机构调节误差问题,采用多体运动学理论分析机构运动学关系,利用矩阵微分法建立该调节机构误差模型,分析加工和装配误差对准直镜调节位姿误差的影响,并通过统计学软件SPASS对调节机构误差进行仿真研究。分析计算结果表明,根据现有设计和导轨滑台的选型及装配工艺,机构的装配和定位精度可以满足准直镜调节精度的需求。利用运动学原理对光学系统姿态调节系统误差分析方法可对镜面调节机构误差进行预判,提前获取调节机构调节精度,对光学仪器后期动态调节等工作具有指导意义。

基于扩束-准直镜的凸透镜自动测焦平台设计与制作

依据凸透镜汇聚平行光于焦点处的特点,在光学导轨上,用扩束-准直镜将He-Ne激光器细光束展成宽平行光,以STC12C5A60S2单片机为主控芯片,控制步进电机移动待测凸透镜和附着在圆盘上由光敏电阻阵列组成的光电转换器,构建了简易的凸透镜自动测焦平台。选1.50 m光具座,20倍扩束-准直镜,实现了40~300 mm范围凸透镜焦距的高效自动检测。

抛物面反射准直镜的光源位置容差估算

给出了光源位置存在纵向和横向离焦时的反射波面近似表达式,进而导出了以平面和球面作为参考波面时的光源位置容差估算公式。以实际例子对容差进行了估算,其结果与经验数据相符。

大型太阳模拟器准直镜装调及辐照特性测试

由于太阳模拟器可以精确模拟太阳光,近年来,越来越多空间环境模拟试验采用太阳模拟器来模拟在轨高温环境。介绍了一个有效光束直径2 m的大型太阳模拟器,其准直镜由19块正六边形的球面单元镜拼接而成;分析了球面反射镜光学装调常用方法,以球心自校准法为基础,提出一种拼接式反射镜的装调方案;详述了该拼接式准直镜的装调过程,拼接后有效口径2 710 mm,半径13 280 mm;此外,还介绍了大气环境下、真空低温环境下和真空热试验过程中大型太阳模拟器主要辐照特性检测方法及装置,为太阳模拟器在工程中的更好应用提供参考。

大气探测激光雷达光学接收系统准直镜设计

以大气探测激光雷达系统为背景,介绍系统中准直镜的设计方法。根据设计指标要求,计算满足设计要求的准直镜焦距范围。设计三种不同型式的透射式准直镜,分别计算不同距离处大气回波信号经准直镜准直后的光束发散角及探测器上光斑尺寸。针对大气探测激光雷达探测近距离目标时,不同波长回波光束经准直镜准直后发散情况严重这一特点,采用准直镜离焦的方法。仿真结果表明,方法能够使不同距离处三波长回波信号经准直镜准直后满足光束口径小于等于0.8倍探测器聚焦镜口径,光束发散角小于等于±1°的使用指标要求。

LED汽车头灯准直镜

通过与非我像光学系统元件的顶级开发商。制造商及授权商LPI公司合作，拜耳材料科技采用模克隆 聚碳酸酯制成了LED准直镜。此类透镜在LED汽车头灯的设计开发中发挥了重要作用：它能够聚集LED光线，使光损失最小化，并可按安全和照明要求确保光直接投射到路面上。

大口径锗准直镜红外减反射膜的研制

φ216mm大口径锗准直镜是星载红外地球敏感器性能测试设备的关键器件之一。介绍了用热蒸发技术镀制的硫化锌(ZnS)红外减反射膜,其产品已广泛应用于各类人造卫星上。同时,阐述了采用反射光极值法对锗准直镜球面进行直接监控和采用双蒸发舟镀制ZnS红外减反射膜来提高膜层均匀性的方法。介绍了采用模拟片和比较片同时测量锗准直镜光学性能的测量定位方法。

紧凑型高亮度发光二极管准直镜设计

为满足高亮度发光二极管(LED)的准直照明要求,克服传统LED准直镜径长比过大、结构厚重的缺点,设计了小径长比、结构紧凑以及高度准直的LED准直系统。准直镜设计基于LED为理想点光源,光线在准直镜内部经历了两次反射,根据几何光学的等光程原理和折、反射定律,通过数值求解等光程方程组获得准直镜各个面型的轮廓曲线,系统径长比为0.1。利用TracePro软件对所设计的准直系统进行光线追迹模拟,结果表明,光源为理想点光源时,在Φ50mm的出光口径处,光线经准直镜出射的光束发散角(光强半值角)为5.4°;光源采用实际高亮度白光LED时,光线经准直镜出射的光束发散角变为6°,在距准直镜1m处接受屏上,Φ60mm光斑照度均匀性为92%,光效为52.11%,适用于高亮度LED准直照明领域。系统设计实现了结构紧凑,准直性能高的设计目标,系统公差满足装配要求,为大功率高亮度LED准直照明系统的小型化、简单化提供了一种有效的解决途径。

基于双焦距准直镜的半导体激光合束系统的研究

由于高功率半导体激光器具有能量转换效率高、稳定性好、工作寿命长、体积小等优异的特性,已经被广泛地用于固态激光器泵浦源、金属表面改性、焊接加工等领域。本文针对传统慢轴准直镜对于高填充因子的半导体激光阵列准直效果不好的问题,提出了基于双焦距透镜的准直器件,通过在一个面的相互正交的两个方向上分别设计不同的面型参数实现用一个器件同时对半导体激光器快慢轴两个方向同时准直的效果。应用费马原理推导了该透镜的面型参数,得到两个面均为双曲面,快轴方向的顶点曲率半径为0.07495,圆锥系数为-3.061,慢轴方向的顶点曲率半径0.843,圆锥系数为-3.061。最终得到的经过双焦距准直透镜准直之后的残余发散角分别为34.4 mrad(FWHM)和19 mrad(FWHM)。仿真结果表明这种设计可以实现与之前分离式两轴准直镜几乎相同的准直效果,解决了传统FAC与SAC结构对高填充因子激光阵列参数受空间限制的问题,同时减小了装调误差。

立式太阳模拟器俯视多维调节准直镜机构设计

随着航空航天技术的发展,空间环境模拟的需求增多,太阳辐照模拟也备受关注。目前,较为成熟的太阳模拟器多为卧式太阳模拟器,其准直镜机构多采用拼接形式,而立式太阳模拟器具有节省空间的优势,其发展日趋成熟。根据太阳模拟器的总体要求,设计了一种应用于高辐照立式太阳模拟器的大口径俯视多维调节准直镜机构。根据高辐照、低背景工作环境特点,设计了多维可调节柔性吊装机构。为了提高系统的整体调试性能,采用单块整镜结构设计,降低了结构的复杂性。针对以上设计进行了计算及仿真分析,结果显示,柔性吊装机构可以有效平衡准直镜自身重力及环境温度造成的应力变形,最终满足太阳模拟器辐照度及辐照均匀性的使用需求。

TMT宽视场光谱仪准直镜系统的相似动力学分析与试验研究

大型光机仪器难以在短期内实现加工,为了验证仪器设计的正确性,利用相似模型试验替代原型研究。基于相似定理,推导了三十米望远镜(TMT)宽视场光谱仪准直镜系统原型和缩尺模型之间的相似关系;建立了准直镜系统原型的有限元模型及1∶3缩尺模型的有限元模型,对二者进行了模态分析和面形分析,并对缩尺模型实物进行了相似模型试验和分析。研究结果表明,在1∶3的缩尺比例下,准直镜系统缩尺模型与原型的振型相似性符合理论分析结果;在工作环境下,缩尺模型的表面波前误差的均方根值为0.065λ(λ为波长)。模型试验结果证明准直镜系统的缩尺模型满足光学系统的工作要求。利用缩尺模型能够预测原型动态响应及面形变化,为后续项目的正式研究提供技术积累。

基于图像边沿特征的强激光腔镜准直处理方法

激光束光路自动准直系统用于高功率激光装置光束精密准直。基于某激光原型装置总体对腔镜准直调整流程,针对高功率激光系统腔镜准直过程光斑图像,仿真处理并定量分析了光斑边缘特征;结合腔镜准直监测单元光传输分析,使用激光光斑边缘不同部分曲率的相似性和光斑圆形度实现了对腔镜调节的量化评估。在腔镜准直结束时圆形度指标为12.222;边缘相似度达到99.62%。

自准直法测量大的硅透镜曲率半径

一般的测量方法都有各自的局限性，要测量10米以上曲率半径的硅透镜，没有比自准直法更为适宜的。该法既能测量大的曲率半径又是无接触测量，不损伤表面。本文主要介绍自准直前置镜（望远镜）法测量大的硅透镜曲率半径。

基于镜组准直的激光干涉仪快速对光方法研究

为了解决激光干涉仪使用时激光光路准直调整比较费时的问题,在对激光干涉仪位置测量原理和测量误差进行分析的基础上,通过反复比较验证,提出了一种基于镜组准直的快速对光方法。实践表明,该方法简单实用,能够有效指导操作人员高效准确地完成对光,具有较强的指导作用。

非稳腔腔镜准直度判定的新方法

腔镜准直是实现非稳谐振腔正常工作的前提。目前,对非稳腔腔镜准直采用的最普遍的方法是人工调腔,该方法过于依赖人的主观认识和经验水平,因此调腔精度十分有限。为了对导引光近场干涉条纹的对称性进行更加客观准确的判断,提高非稳谐振腔腔镜的准直精度,提出了一种对条纹图在水平和垂直方向上进行灰度投影,并以投影曲线中各级峰(谷)值位置的距离来表征条纹对称度的方法,由此编制的计算程序简单可靠,可以实现对调腔精度的实时检测。大量的实验结果表明,此方法能够明显提高调腔精度。

实现LED准直照明的优化设计

为了有效地利用光源能量,满足LED远场照明系统要求,提出了一种实现LED大视场角准直照明的自由曲面透镜设计方法.运用ZEMAX软件序列模式下的多重组态建立透镜结构,在ZEMAX的二次开发环境下,采用宏语言编写自定义优化函数,实现对光学系统的自动优化.通过得到的自由曲面面型数据,借助光学仿真软件进行模拟,模拟光源采用圆面发光的LED朗伯体,视角为180°,透镜材料为PMMA,点光源模拟得到的发散半角在±0.1°以内,能量利用率在87%以上,实现了较高的能量利用率.