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超大口径光学制造均力支撑布局优化 被引量:12
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作者 胡海飞 罗霄 +3 位作者 辛宏伟 戚二辉 郑立功 张学军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期223-229,共7页
为降低支撑控制难度和节约制造成本,同时又保证在线光学加工-检测所需的支撑精度,提出超大口径反射镜的支撑布局优化方法。研究支撑状态下的反射镜面形精度,解决面形拟合和优化目标提取的问题;以斜率均方根(SlopeRMS)为目标建立非圆形... 为降低支撑控制难度和节约制造成本,同时又保证在线光学加工-检测所需的支撑精度,提出超大口径反射镜的支撑布局优化方法。研究支撑状态下的反射镜面形精度,解决面形拟合和优化目标提取的问题;以斜率均方根(SlopeRMS)为目标建立非圆形口径的超薄反射镜加工支点布局优化模型,使其具备自适应有限元分析的功能;针对工程中大量使用的轻量化反射镜,设计出适应其几何变化的支撑转换结构,并展开以面形均方根(RMS)误差为目标的支点位置的优化设计;通过30m口径望远镜(TMT)第三镜和某2m口径反射镜的支撑布局优化,验证了所采用方法的效果。算例结果表明,所提方法具有较好的几何适应性,布局优化后支撑系统的精度满足超大口径反射镜的光学制造要求。 展开更多
关键词 光学制造 均力支撑 支撑布局优化 超大口径反射镜 面形精度 光机集成
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微振动对空间光电载荷成像影响分析与验证 被引量:7
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作者 石进峰 成鹏飞 +4 位作者 袁灏 任国瑞 王炜 樊学武 李治国 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期269-275,共7页
基于最小二乘法,利用面积加权的平均运动推导出了光学元件的表面平均刚体运动方程。基于微振动进行了光学系统调制传递函数(MTF)的影响分析,计算了相应的像移量及对应的系统光轴偏转角。利用刚体运动方程对频率响应分析数据进行了处理... 基于最小二乘法,利用面积加权的平均运动推导出了光学元件的表面平均刚体运动方程。基于微振动进行了光学系统调制传递函数(MTF)的影响分析,计算了相应的像移量及对应的系统光轴偏转角。利用刚体运动方程对频率响应分析数据进行了处理。根据系统光轴偏转角要求反推了光电载荷安装面的微振动量级要求。通过定频微振动实验实时测试了系统MTF。结果表明,分析结果与测试数据的误差均在20%以内,满足工程应用的要求,并验证了该计算方法的正确性。 展开更多
关键词 光计算 光机集成 微振动 表面刚体运动 调制传递函数 空间光电载荷
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航天光学相机微振动的光机集成分析现状与展望 被引量:1
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作者 马斌 宗易昕 +3 位作者 李宗轩 李清雅 张德福 李云峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期822-838,共17页
随着我国航天事业的持续发展和不断进步,航天光学相机正在朝着大口径、大视场、高分辨、轻量化的趋势发展,这对相机的设计分析提出了更高的要求。光学系统焦距与光学口径不断增加,光机系统刚度受质量限制提升空间有限,其对星上活动部件... 随着我国航天事业的持续发展和不断进步,航天光学相机正在朝着大口径、大视场、高分辨、轻量化的趋势发展,这对相机的设计分析提出了更高的要求。光学系统焦距与光学口径不断增加,光机系统刚度受质量限制提升空间有限,其对星上活动部件在轨正常工作所引起的微振动也越来越敏感。航天光学相机的微振动对其在轨成像质量会造成影响。因此,近年来卫星微振动及其控制问题越来越受到关注。通过对国内外航天光学相机的光机集成分析方法的论述与分析,探讨了目前光机集成分析的关键技术与发展方向。针对目前国内光机集成分析其存在的局限,提出了建立微振动传递全链路数学模型进而构建航天光学相机微振动像质退化机理的设想。 展开更多
关键词 微振动 航天光学相机 线性状态空间 光机集成
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基于Zernike多项式的光机耦合数值仿真研究
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作者 陈灏 张志刚 +5 位作者 孙瑶 吴骏 李岳峰 王振 王野 刘乐璠 《科技创新与应用》 2024年第5期24-27,共4页
光学系统的研制包括光学、结构、热学等不同学科的内容,且各学科之间相互影响,因此这是一个多学科协同研发的过程。在初期设计阶段,综合考虑光机热之间的耦合关系显得尤为重要。该文对光机热集成分析过程中的光机耦合分析方法进行数值... 光学系统的研制包括光学、结构、热学等不同学科的内容,且各学科之间相互影响,因此这是一个多学科协同研发的过程。在初期设计阶段,综合考虑光机热之间的耦合关系显得尤为重要。该文对光机热集成分析过程中的光机耦合分析方法进行数值仿真研究,重点介绍Zernike多项式拟合方法,并以双镜片目镜为例,通过自研软件Somap,获得变形后的光学系统镜面面形数据,将获得的光学宏文件加载至光学设计软件中,分析变形后的光学系统的成像质量,光学系统在外载荷作用下,成像质量显著下降。 展开更多
关键词 ZERNIKE多项式 光机耦合 光机热集成分析 热变形 数值仿真
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KrF深紫外光刻投影物镜光机热集成分析与优化
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作者 韩星 江伦 +1 位作者 李延伟 李骏驰 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期139-149,共11页
提出了一种融合新型支撑方式与灵敏度分析的光机热集成分析与优化方法,用于设计超高精度深紫外光刻投影物镜系统。首先,采用轴向多点与周向三点胶接支撑相结合的新型支撑方式,实现了212.51 mm口径光学元件的超高精度定位要求。其次,通... 提出了一种融合新型支撑方式与灵敏度分析的光机热集成分析与优化方法,用于设计超高精度深紫外光刻投影物镜系统。首先,采用轴向多点与周向三点胶接支撑相结合的新型支撑方式,实现了212.51 mm口径光学元件的超高精度定位要求。其次,通过对光学元件进行热力耦合分析,验证了光机系统的合理性。然后,在光机热集成分析条件下,分析了单个光学元件的灵敏度,以及全部光学元件表面变形对整体光学系统波像差均方根值和校准F-tanθ(F为焦距,θ为物方视场角)畸变的影响。最后,通过调整部分光学元件的灵敏度进行局部优化,并对整体光学系统的像质进行优化。结果表明:在热力耦合条件(参考温度为22.5℃、极限工作温度为±2.5℃、重力)下,光学元件的最大表面面型均方根(RMS)值为9.86 nm,能够满足超高精度定位要求。在光机热集成分析条件下(参考温度为22.5℃、极限工作温度为±2℃、重力),优化后光学系统的波像差RMS值小于10.50 nm,校准F-tanθ畸变小于6.00 nm,相较于优化前,波像差RMS提升了46.98%,校准F-tanθ畸变提升了77.69%,达到了设计要求。 展开更多
关键词 光学设计 结构设计 光机热集成分析 ZERNIKE多项式 有限元分析
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卡塞格林系统结构设计与仿真 被引量:3
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作者 王健 张美君 +2 位作者 虞林瑶 张宇鹏 李永刚 《机电工程技术》 2022年第5期84-86,97,共4页
卡塞格林系统常用于航空航天和军事装备的光电设备中。在卡塞格林系统中,主镜面形决定了整个光学系统成像质量。随着光电行业的发展,要求光学系统质量小,性能高,而系统的质量与刚度相互矛盾,既要降低系统质量,又要保证系统抵抗温度变化... 卡塞格林系统常用于航空航天和军事装备的光电设备中。在卡塞格林系统中,主镜面形决定了整个光学系统成像质量。随着光电行业的发展,要求光学系统质量小,性能高,而系统的质量与刚度相互矛盾,既要降低系统质量,又要保证系统抵抗温度变化导致的面形变化。主镜系统优化前的质量是3.6 kg,反射面RMS是1/33λ。使用光机热集成仿真分析的方法,分析主镜系统对温度的敏感程度。每升高(或下降)5℃,主镜反射面RMS值变化2.5 nm。根据分析结果优化主镜结构和主镜支撑结构,由三点支撑结构改为中心支撑结构,优化后的系统质量是3.1 kg,反射面RMS是1/35λ。分析优化后的主镜系统对温度的敏感度,每升高(或下降)5℃,主镜反射面RMS值变化3.9 nm,这种微小变化对成像质量无影响。实现降低系统质量和保证成像质量的目标。 展开更多
关键词 卡塞格林系统 光机热集成仿真 光机结构设计 面形拟合
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中小型共光路系统支撑结构设计和分析
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作者 杨晓强 陶忠 刘莹奇 《应用光学》 CAS 北大核心 2023年第5期998-1009,共12页
主、次镜支撑技术是共光路光学系统的关键技术之一。针对在±60℃温度变化范围内工作的机载共光路光学系统,根据热膨胀系数匹配原则分别选择殷钢和ULE、钛合金和K9配对作为主、次镜及支撑结构的材料,并设计了高刚度无热化柔性支撑... 主、次镜支撑技术是共光路光学系统的关键技术之一。针对在±60℃温度变化范围内工作的机载共光路光学系统,根据热膨胀系数匹配原则分别选择殷钢和ULE、钛合金和K9配对作为主、次镜及支撑结构的材料,并设计了高刚度无热化柔性支撑结构。最后,利用自研的光机联合仿真程序对主、次镜面型及整个光学系统的成像质量进行了光机一体化分析。分析结果表明:殷钢和ULE配对时,在±60℃均匀温差和10℃轴向、径向温度梯度下,主、次镜去除离焦后面型优于(1/100)λ,整个光学系统点列图RMS半径小于艾里斑半径,相面中心波前优于(1/50)λ,MTF@63 lp/mm优于0.45,无热化柔性支撑的一阶固有频率高达263 Hz;钛合金和K9配对时,60℃均匀温差下系统成像指标满足使用要求,10℃轴向、径向温度下成像质量无法满足使用要求。对装调完的殷钢和ULE配对光机系统进行了低温下分辨率测试,分辨率无明显变化,说明设计及分析可行。 展开更多
关键词 共光路 光机一体化分析 柔性支撑 温度梯度
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激光照射稳定性检测系统集成分析 被引量:1
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作者 边吉 高天元 +1 位作者 韩旭 高懿冰 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2018年第5期350-355,共6页
根据光学设计要求,采用多波段共口径卡氏系统对激光照射稳定性检测系统进行光机结构设计。为保证检测系统在复杂的环境下仍具有较高的检测精度,利用有限元方法对系统结构进行了热力学仿真分析,将各光学元件表面上的节点位移变化代入光... 根据光学设计要求,采用多波段共口径卡氏系统对激光照射稳定性检测系统进行光机结构设计。为保证检测系统在复杂的环境下仍具有较高的检测精度,利用有限元方法对系统结构进行了热力学仿真分析,将各光学元件表面上的节点位移变化代入光机热耦合分析工具Sigfit中进行面形拟合计算。以改进后的Zernike多项式作为光机耦合分析接口,通过Zemax得出光学系统的调制传递函数(MTF)曲线,验证了光机结构设计的合理性。将高低温环境实验数据与集成分析结果对比,对仿真分析过程进行模型修正,进而形成一套完整、准确、适用范围广的光机结构设计方案。 展开更多
关键词 光学设计 光机结构设计 光机集成分析 有限元方法 热力学仿真分析 Zernike多项式拟合
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Micro-Opto-Mechanical Disk for Inertia Sensing
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作者 Ghada H. DUSHAQ Tadesse MULUGETA Mahmoud RASRAS 《Photonic Sensors》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第1期78-84,共7页
An optically enabled z-axis micro-disk inertia sensor is presented, which consists of a disk-shaped proof mass integrated on top of an optical waveguide. Numerical simulations show that the optical power of laser beam... An optically enabled z-axis micro-disk inertia sensor is presented, which consists of a disk-shaped proof mass integrated on top of an optical waveguide. Numerical simulations show that the optical power of laser beam propagating in a narrow silicon nitride (Si3N4) waveguide located under the disk is attenuated in response to the vertical movement of the micro-disk. The high leakage power of the TM mode can effectively be used to detect a dynamic range of 1 g - 10g (g=9.8 rn/s ). At lest, the waveguide is kept at a nominal gap of 1 μm from the proof mass. It is adiabatically tapered to a narrow dimension of W×H = 350×220nm2 in a region where the optical mode is intended to interact with the proof mass. Furthermore, the bottom cladding is completely etched away to suspend the waveguide and improve the optical interaction with the proof mass. The proposed optical inertia sensor has a high sensitivity of 3 dB/g when a 50μm-long waveguide is used (normalized sensitivity 0.5 dB/μm2) for the vertical movement detection. 展开更多
关键词 Micro-opto-mechanical system photonic inertia sensor hybrid integration
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基于光机集成分析的火情监察红外变焦镜头主动消热差设计
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作者 尹晶 刘旭 +3 位作者 徐晓影 崔艳群 王强 郭富城 《红外技术》 CSCD 北大核心 2021年第11期1073-1080,共8页
红外变焦监视镜头的F数与焦深相对较小,因此温度变化极易导致离焦现象,导致成像质量下降。本文针对火情监察红外变焦镜头在-40℃~50℃范围内成像清晰的技术要求,采用有限元法分析温度变化下各光学镜片前后镜面的刚体位移与旋转量,将刚... 红外变焦监视镜头的F数与焦深相对较小,因此温度变化极易导致离焦现象,导致成像质量下降。本文针对火情监察红外变焦镜头在-40℃~50℃范围内成像清晰的技术要求,采用有限元法分析温度变化下各光学镜片前后镜面的刚体位移与旋转量,将刚体位移导入至Sigit光机集成分析软件中仿真出温度变化工况下镜头的离焦量,分析结果表明焦距值变量在-0.16~+0.4 mm之间,调焦量为0.108~0.188。针对上述情况,采用两个凸轮两套执行机构来分别控制变倍组和补偿组的移动,实现镜头的主动消热差保证温度变化下成像仍旧清晰。最终通过温度可靠性实验对镜头光学分辨率温度适应性的进行考核,实验结果表明在温度变化过程中空间分辨率均大于30 lp/mm,变焦过程成像质量基本清晰。 展开更多
关键词 火情监察 光机集成分析 红外变焦镜头 主动消热差
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基于自由空间光学的光机电混合集成技术
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作者 张流强 《半导体光电》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期390-396,401,共8页
随着微加工技术和微分析技术的发展,人们已经可以把大型的机电系统或者光学系统微型化并进行某种程度的集成。但是,由于光学元件和光学系统对微结构的材料性能、几何尺寸和表面质量等都有极为苛刻的要求,光学系统特别是自由空间光学系... 随着微加工技术和微分析技术的发展,人们已经可以把大型的机电系统或者光学系统微型化并进行某种程度的集成。但是,由于光学元件和光学系统对微结构的材料性能、几何尺寸和表面质量等都有极为苛刻的要求,光学系统特别是自由空间光学系统的微型化仍然面临巨大的技术挑战。提出一种基于表面压印和三维铸模技术的自由空间光学系统集成技术,该技术解决了光学元件的微型化及层内和层间的光学互联;在此基础上,结合MEMS技术、印刷电路(PCB)和表面贴装(SMD)技术实现了片上的光机电混合集成。 展开更多
关键词 光机电集成 混合集成 微光学 表面压印 三维铸模
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光传送网中光开关器件的进展 被引量:4
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作者 谢世钟 陈明华 王国忠 《中兴通讯技术》 2002年第4期13-17,共5页
随着波分复用技术的广泛应用和光联网的发展,光开关将成为组建未来光网络的关键器件。光开关的类型有光微电机械开关、马赫-曾德干涉仪型开关、热光效应光开关、液晶光开关、喷墨气泡光开关、光栅开关和声光开关等。文章概述了这些光开... 随着波分复用技术的广泛应用和光联网的发展,光开关将成为组建未来光网络的关键器件。光开关的类型有光微电机械开关、马赫-曾德干涉仪型开关、热光效应光开关、液晶光开关、喷墨气泡光开关、光栅开关和声光开关等。文章概述了这些光开关的原理,并进而介绍了光开关器件的最新进展。 展开更多
关键词 光传送网 光开关器件 光联网 光微电机械开关 多功能集成 波分复用
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