深低温SiC空间反射镜背部与侧面支撑结构对比

在深低温下的反射镜及其支撑结构设计中,温度变化作用下的面形精度是空间反射镜性能的重要影响因素。以温度变化作用下的面形RMS为性能指标,基于碳化硅反射镜不同支撑结构和不同材料搭配形式下对空间反射镜的面形变化进行对比研究。首先,在深低温下对背部支撑和侧面支撑的以下两种情况进行仿真分析:(a)反射镜和支撑结构都用碳化硅制造;(b)反射镜用碳化硅制造,支撑结构用其他材料制造。仿真分析得到在(a)条件下背部支撑结构能获得更好的面形,在(b)条件下,侧面支撑结构能获得更好的面形;然后对侧面支撑结构中不同材料搭配情况下对面形精度的影响进行研究,对面形RMS与反射镜材料的线膨胀系数,支撑结构材料的线膨胀系数和反射镜材料与支撑结构材料的线膨胀系数之差的绝对值之间的关系用多元线性回归方法进行统计分析,研究其影响程度,分析得到线膨胀系数之差的绝对值对面形精度RMS的影响更大。研究取得的成果和研究思路对今后的深低温光学反射镜及其支撑结构设计提供参考。     

基于SiC材料的空间相机非球面反射镜结构设计

针对空间相机中优质轻型光学反射镜对材料提出的要求，详细讨论了设计基于SiC材料空间反射镜的一系列问题，包括径厚比的选择、支撑点数量、轻量化结构形式、材料特性匹配等，提出了一种背部半封闭、三角形孔的轻量化形式，并设计制造了 Φ600 mm轻量化SiC反射镜实验件。抛光后反射镜面形精度优于λ/20 rms。为验证重力变形的影响，将反射镜分别旋转了90°和180°，用Zygo干涉仪检验，3个方向检测结果误差均小于λ/100 rms。在此基础上设计完成了某空间相机中的SiC非球面主镜、次镜、第三镜，结果表明基于SiC材料的反射镜在重力变形、谐振频率、热变形等方面均能满足使用要求，而且与玻璃材料相比，在很大程度上降低了重量。     

全方向介质反射镜

1 引 言全方向介质反射镜（也称作一维光子带隙晶体）[1，2]对从任意角度入射和任意偏振态的光都呈现100%的反射[3，4]。与金属反射镜（吸收一小部分入射光功率）不同，介质反射镜是无损耗的。这些特性使得全方向介质反射镜在某些领域具有潜在的应用前景，比如，一束不知道或不能预测偏振态的光可以从任何方向到达反射镜，而在反射镜上光的损耗不管多小都是不能容忍的。一个好的例子是光波导界面。因为当一束光通过时，从界面上发生无数的反射，即使在每个接触面微小的损耗都能很快地衰减光束的能量。一个典型的全方向反射镜由许多双…     

非球面金属反射镜在红外热成像系统中的应用研究

介绍了非球面金属反射镜在空间和军用光学红外热成像系统中的应用，系统的工作波段为3．7μm～4．8μm，环境温度变化范围-30℃～＋45℃。阐述了金属反射镜的设计，包括反射镜材料的选择，反射镜结构的选择，分析了影响金属反射镜面型精度的因素。同时给出了金属反射镜有限元分析模型。系统经外场实际测试的结果表明，使用了金属反射镜的红外热成像系统达到了光学系统的设计指标。     

空间望远镜光学系统中的轻型反射镜

本文概述了空间望远镜中的被动式轻型反射镜制造技术，它标志了空间望远镜制造技术的最新进展。反射镜采用非传统材料一碳化硅，使大于3米直径的反射镜达到衍射极限的质量成为可能。     

反射镜光电平台视轴稳定技术研究

针对不同类型反射镜平台视轴运动多样性的特点,从基本的反射镜视轴运动学关系出发,采用基于虚拟整体稳定平台的视轴重建方法对反射镜平台视轴惯性角速度进行数学重建。同时,深入分析了常见的典型单反射镜平台、特殊配置单反射镜平台、极坐标多反射镜平台以及直角坐标多反射镜平台的视轴运动学关系和视轴稳定控制技术。基于典型单反射镜平台俯仰轴视轴稳定控制的数值仿真结果表明,采用虚拟整体稳定平台方法的视轴稳定控制技术用于反射镜视轴稳定控制是可行的。     

金属非球面反射镜的加工和检测技术

金属反射镜是空间和军用红外光学系统中关键元件之一,分析了适用于空间光学系统反射镜的主要材料,指出了铝合金作为反射镜材料的优点与缺陷,介绍了用SPDT加工铝合金反射镜的方法,以及反射镜的镀膜和检测技术,并完成了口径为235 mm的铝合金非球面反射镜的加工,用Zygo干涉仪进行面形检测,其面形精度达到RMS 0.13λ (λ =632.8μm),镀膜后用红外傅里叶光谱仪检测,在红外中波波段(3.7~4.8μm)反射率大于99%。     

光纤光栅前景光明

光纤光栅前景光明在任何激光或光学系统中，反射镜都起着决定性作用。但直到最近，把反射镜直接做进光纤（这对光纤光通信、激光和传感器系统无疑十分理想）尚不可得，这也限制了整个光纤技术的进展。反射镜不过是光学元件家族（还包括滤光片和耦合器）的一个成员，其主要...     

红外干扰设备中金属反射镜的设计及工艺探讨

红外干扰设备中金属反射镜的设计及工艺探讨张北宁１、前言在红外有源干扰设备中，反射镜在汇聚能量、改变光的传播方向、获得定向输出，提高光源辐射输出利用率等方面发挥着重要作用。然而，由于辐射源的热环境和工作波段的局限性，使运用常规制造反射镜的材料及工艺都会...     

激光反射镜动态形变的测量

采用泰曼-格林干涉仪,测量了反射镜在高功率激光连续辐照下发生的热形变和镜背侧冷却水压造成的压力形变。测量结果表明,为缩小激光热形变和压力形变,降低激光功率密度和增大反射镜径厚比是必要的。碳化硅是较优秀的反射镜材料。     

大口径空间反射镜组件结构设计与分析

设计了某1.2 m口径的空间光学反射镜结构及其支撑结构系统。首先,合理选取了反射镜及其支撑结构的材料。从反射镜镜坯制作工艺、力学特性、热特性以及反射镜重量等因素考虑,最终选取基于反应烧结SiC材料的背部半开放式扇形轻量化孔的反射镜结构形式,反射镜设计重量为87.6 kg,轻量化率达到79%。其次,确定了在光轴水平状态下进行检测装调的方案,并进行其支撑结构的设计,采用3个双轴柔性铰链从背部对反射镜支撑,使大口径反射镜同时满足静态刚度、动态刚度、强度和热尺寸稳定性的要求。最后,对反射镜进行了组件级有限元分析。结果表明,反射镜在X向重力和4℃均匀温升作用下面形RMS分别为7.8 nm和9.4 nm,反射镜组件一阶固有频率为153 Hz,满足设计指标要求。     

大口径空间红外相机铍铝合金反射镜组件材料选择与设计

针对某空间摆扫相机系统，为了保证空间红外相机获得轻质、可靠的摆扫头部，且各反射镜均具有良好的面形精度及较高的一阶固有频率，对其摆扫部分的结构进行了针对性研究。选择了铍铝合金材料作为Φ750 mm口径主反射镜材料，以钛合金材料的柔性支撑结构支撑，安装在铍铝合金材料的主镜室内。包含次镜组件、次镜支撑和遮光筒，整个摆动部分总质量为17.5 kg。采用有限元方法对反射镜组件在力热耦合状态下进行了仿真分析，结果表明反射镜全口径最大面形误差RMS值为27.04 nm，满足全口径范围内面形误差不低于λ/20(λ=632.8 nm) 的要求。摆动部分一阶谐振频率为122 Hz，为控制系统预留了较大的带宽。实体模型的力学试验结果与有限元分析结果接近，表明满足总体对摆扫部分的设计要求。     

小型反射镜中心支撑技术

所述空间遥感器反射镜的工作温度为18±15℃,要求反射镜在此复杂工况条件下满足设计要求.介绍了反射镜材料和支撑结构材料的选择;对反射镜的支撑方式、轻量化等方面进行了分析讨论;根据反射镜柔性支撑结构的设计原理,采用CAD/CAE工程软件进行了分析及优化,通过有限元法优化设计了一种反射镜中心支撑的柔性结构,在此温度变化范围内,反射镜面形误差变化量PV值小于λ/10、RMS值小于λ/40(A=632.8nm).最后,通过力学环境实验测试反射镜面形变化量和反射镜组件模拟件的动态特性,证明该结构满足设计要求.     

装有集成反射镜的氩激光器

装有内反射镜的小功率氩激光器结构是离子激光技术中的最新进展。1979年东芝把首台商品装置投入市场，这就促使其它制造商根据市场对可靠性的要求发展装有内反射镜的激光产品。去年光谱物理公司和Clonics公司都介绍了一种新结构，这种结构表明了内反射镜氩激光器工艺的新进展。     

高体份SiC/Al反射镜在空间光学应用可行性的分析

简述了空间遥感器设计中反射镜材料选择的重要性及影响。对SiC和SiC/Al复合材料与常用光学材料的空间应用综合品质因子进行了比较,SiC材料的综合品质因子为8072.92,高体分SiC/Al复合材料的综合品质因子为1 687.50。并对高体分SiC/Al复合材料应用在反射镜上的光学性能进行了检测。检测结果得出材料的表面粗糙度能够达到1.49 nm,小于5 nm;反射率达到95%以上,能够满足反射镜的性能要求。对采用高体分SiC/Al复合材料作为反射镜和背板材料的相机结构进行分析。分析结果得出整体结构前三阶模态为115 Hz,120 Hz,203 Hz,满足空间遥感器大于100 Hz的技术要求,各反射镜的面形精度满足RMS≤1/50λ(λ=632.8 nm)的技术要求。各项测试数据和有限元分析结果表明,高体份SiC/Al复合材料作为反射镜在空间光学中应用是可行的。     

大口径空间反射镜轻量化设计及其柔性支撑

设计了空间相机1.5 m口径反射镜组件的结构系统。首先,根据反射镜材料选取原则,选用SiC作为反射镜镜坯材料。初步确定了反射镜支撑方式、镜体结构参数,并对反射镜进行轻量化设计。通过对反射镜结构参数进行优化,得到重为152.4 kg的反射镜结构,轻量化率达到83%。然后,设计了一种双轴柔性铰链结构,并找出了在装调方向柔性铰链安装位置对面形精度的影响规律,利用有限元法对反射镜组件进行了动、静态特性及热特性分析,结果表明,反射镜组件一阶固有频率为100.6 Hz,在1 g重力及4 ℃均匀温升工况下反射镜面形精度RMS值分别为7.7 nm和8.4 nm。最后,对反射镜组件进行动力学试验及面形精度检测,结果表明反射镜组件完全满足设计指标要求。     

小型反射镜周边支撑技术

从满足空间光学遥感器反射镜在复杂的工况下综合面形误差要求的角度出发,介绍了小型凸非球面反射镜材料及支撑方式的选择;根据反射镜的定位原理进行反射镜支撑结构的设计;采用CAD/CAE工程分析软件从支撑结构的材料及支撑方式进行分析和优化,设计一种有效的反射镜周边支撑结构,使反射镜面形误差变化量PV值小于λ/10,RMS值小于λ/50（λ=632.8 nm）。最后,测试反射镜在力学环境试验前后的面形变化,证明该结构满足设计要求。     

外腔面发射激光器中纳米结构的热导率

优化有源区的量子结构和改善热管理,是提高外腔面发射激光器输出功率的关键。以上两项措施都基于对激光器准确的热分析,依赖于热导率这一关键的材料参数。鉴于外腔面发射激光器中多量子阱和分布布拉格反射镜均为典型的纳米结构,考虑纳米尺度传热特性,用三种不同的解析方法,分别计算了不同厚度Ga As/Al As分布布拉格反射镜的热导率,并与已有实验报道对比,优选出更适合于计算Ga As/Al As材料系纳米结构热导率的一种方法。采用优选出的方法,对980 nm外腔面发射激光器中In Ga As/Ga As多量子阱和Ga As/Al As分布布拉格反射镜的热导率进行计算,发现分布布拉格反射镜的法向热导率只有块体材料数值的约40%,多量子阱的法向热导率则略小于块体材料数值的一半。把所得热导率数据用于增益芯片中温度上升的数值分析,结果与实验相符。     

碳化硅反射镜表面粗糙度的优化

空间光学技术的迅猛发展对空间光学系统提出了更高的要求;碳化硅材料以其优秀的物理性质,成为广泛应用的反射镜材料;碳化硅反射镜的光学加工研究也在国内外广泛开展。简要讨论了碳化硅反射镜的抛光机理;介绍了碳化硅材料抛光的实验方法;定性分析了碳化硅材料的抛光过程;通过大量的工艺实验和理论分析,讨论磨料粒度、抛光盘材料、抛光盘压力、抛光盘转速、抛光液酸碱度等工艺参数对碳化硅反射镜表面粗糙度的影响,并对各个参数加以优化,得到了优良的实验结果。     

空间遥感器长条形平面镜的背部支撑技术

某空间遥感器的大长宽比长条形平面镜的要求是在尽量减小重量的前提下,在工作温度为20±5℃条件下,反射镜的面形误差变化量(Root Mean Square, RMS)值小于λ/50 (λ=632.8 nm)。介绍了反射镜材料和支撑结构材料的选择;对反射镜的轻量化及支撑方式进行了分析。根据反射镜的外形特点,增加了镜背的局部宽度,并将其设计成了背部三点支撑形式。通过有限元分析,优化并确定了反射镜及其柔性支撑结构。反射镜位移及面形的分析结果满足设计指标要求。最后,通过力学环境试验测试了反射镜组件模拟件的力学特性,证明该结构能满足设计要求。