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。

超轻超薄反射镜制造过程中的变形控制研究

针对超轻超薄反射镜(超薄镜)径厚比大、自身刚度小、单独加工难度大的问题,采用基底支撑方式对超薄镜进行加工。我们研究了在加工过程中粘接、温度、应力等因素所导致的超薄镜变形的控制手段并对变形控制效果提出了评判方法。通过195mm口径超薄镜工艺实验对控制变形的工艺进行改进,用改进后的加工工艺进行了340mm口径的超薄镜制造,得到了比较理想的面形,下盘后PV值5.74λ,RMS值1.02λ(λ=632.8nm)。这表明在超薄镜制造过程中变形控制的技术方案可行,工艺改进方向正确。同时,实验结果表明,超薄镜制造过程中的变形最终表现为镜面出现非重力因素引起的像散。

真空自励研磨抛光工艺的研究

详细地阐述了真空自励研磨抛光盘的工作方式、基本原理 ,并在对 12 0× 12 0mm厚径比小于 1/ 6 0的超薄镜面实际加工中 ,成功解决了磨头自身重力对工件变形的影响 ,降低了元件在加工中支撑要求 ,有效地解决了超薄元件的数控加工难题。

空间可展开主镜技术途径研究

可展开光学系统是实现特大口径光学遥感器的技术途径之一。可展开光学系统的主要特点是主镜分块、收拢发射、入轨展开,并且主镜超轻量化。文章主要介绍了实现可展开光学系统主镜的两种方法(超轻分块镜和超轻超薄分块镜),并对两者的实现难易程度进行了比较。

超薄曲面镜力学性能及模态分析

超薄曲面镜在微型传感器、仪器小型化、重力测量等领域有着重要应用,但受加工难度、装卡精度等因素的限制,其力学性能、结构模态受材料参数影响的规律目前尚未明确,本文基于有限元仿真对超薄曲面镜的力学性能和结构模态进行了数值分析与研究,采用正交试验法研究了超薄曲面镜固有频率与制备材料的密度、杨氏模量以及泊松比的关系,对超薄曲面镜的加工选材、装卡设计、面形误差分析等具有重要的参考价值。研究结果表明,受力分布是影响超薄曲面镜形变的主要因素,而对于特定参数的超薄曲面镜,材料密度、泊松比与反射镜固有频率呈近似反比例的关系,杨氏模量与固有频率呈近似正比例关系。

超轻超薄反射镜加工工艺研究

介绍了国内外在超薄镜加工工艺方面的研究现状,在对已有的加工工艺改进的基础上进行了超薄镜加工工艺的实验研究,获得了预期中的实验结果,发现超薄镜下盘后由于应力释放而产生的形变主要来自像散,在主动调节中应注意对其进行校正。对超薄镜加工工艺实验研究中所获得的一系列经验进行了总结。

计算超薄镜最接近球面的非球面梯度法及有限元分析

利用超薄镜的弹性变形,通过主动光学技术将超薄球面镜变形为所需精度的非球面镜,可以避开大口径超薄非球面镜的制造难题。在分析了传统的非球面超薄镜最接近球面选择原则的基础上,提出了以非球面梯度作为选择原则的依据。针对一个实例,用非球面梯度法和最小二乘法分别求出两个最接近球面并对它们进行有限元法的变形分析,对它们变形后的面形精度和最大应力进行了比较。结果表明,在相同的边界条件、加载个数和加载位置的条件下,以非球面梯度法求出的最接近球面在变形后不仅应力小,且更有利于提高面形精度。

负色散镜的设计、制备及在掺钛蓝宝石激光谐振腔内的使用

根据钛宝石激光器的要求设计了性能优良的两种负色散镜(NDM1和NDM2)。NDM1同时引入啁啾效应和G-T效应产生大的群延迟色散量以减少光在负色散镜上的反射次数。NDM2仅引入G-T效应产生较小的群延迟色散以补偿腔内自相位调制带来的部分啁啾。选用离子束溅射法制备了这两种负色散镜。用分光光度计测试了它们的透射率。结果表明,所制备的负色散镜的性能与设计性能非常接近。使用这两种负色散镜进行掺钛蓝宝石激光谐振腔内色散补偿实现了飞秒脉冲锁模,获得了15 fs的超短脉冲。

超薄反射镜支撑技术

运用有限元方法对一种超薄反射镜的多个支撑方案进行分析计算,其中包括支撑点数量及排布方式的合理选择、支撑组件的优化设计。分析结果表明:该超薄反射镜在自重下的面形精度通过多点调节能够满足要求,预示了将该支撑技术应用于超薄反射镜具有可行性,并为超薄反射镜结构在面形控制实验中实施主动调节提供了数值依据。

超薄型平行平面镜的研制

超薄型平行平面镜的加工难度很高,往往在投入大量的辅助工装和较长的加工工时后,收效甚微。笔者用双平面分离器和平面环抛法相结合的工艺手段,经反复实践和试验,终于研制出厚度与直径的比例达1∶85、N=2、ΔN=0.2、θ=15″的平行平面镜。