精磨光学元件面形的干涉检测技术研究

为解决传统接触式检测方法检测精磨光学元件效率低,精度差的问题,提出了一种采用干涉检测技术对精磨光学元件面形进行测量方法,该方法具有非接触,测量效率高,误差小的特点。干涉检测中干涉条纹的对比度与工作波长成正比,与表面粗糙度成反比,干涉条纹对比度直接影响最终的检测结果。因此首先分析干涉条纹对比度与精磨表面粗糙度之间的关系,证明采用可见光干涉仪对精磨粗糙表面进行检测的可行性,并对利用GPI型数字干涉仪检测精磨粗糙表面进行了实验验证,检测面形结果约为PV 1.5μm,并与红外干涉仪以及接触式轮廓仪测量结果进行了对比,验证结果有效性。最后给出了当粗糙度阈值Rq优于150 nm时,可采用该方法进行检测,具有较高的实用价值。     

基于OpenCV视觉库的ESPI图像增强技术研究

针对ESPI条纹图像富含散斑噪声的特点,提出了一种有效的ESPI图像增强技术.阐述了ESPI测量的原理,基于OpenCV开源计算机视觉库,采用偏微分方程的图像滤波方法,离散化PM扩散模型进行滤波处理,并使用灰度直方图均衡化方法提高ESPI条纹图像对比度,最终得到利于相位计算的清晰ESPI条纹图像.提出采用保真度与对比度对ESPI条纹图像增强的量化评估方法,原理分析和实验表明该方法有效降低散斑噪声并保留条纹的边缘信息,提高散斑图像的对比度,具有较强的实用性.     

大动态范围外延电阻淬灭型硅光电倍增器

外延电阻淬灭型硅光电倍增器(EQR SiPM)的特点是利用硅衬底外延层来制作器件淬灭电阻。为了进一步提高大动态范围EQR SiPM的光子探测效率,并且解决填充因子较低和增益较小等问题,在前期研究工作的基础上研制出微单元尺寸分别为15μm和7μm的EQR SiPM,有源区面积均是1 mm×1 mm。通过改变EQR SiPM的微单元尺寸优化填充因子,有效提高了探测效率与增益;其微单元密度分别是4400个/mm 2和23200个/mm 2,依然保持着较大的动态范围。室温条件下(20℃),工作在5 V过偏压的EQR SiPM至少可分辨13个光电子;15μm和7μm EQR SiPM的增益分别为5.1×105和1.1×105,在400 nm波长下的峰值光探测效率分别达到40%和34%。     

前馈控制算法校正相移微动台非线性运动

压电陶瓷具有推力大,响应速度快,分辨率高和能耗低等优点,但其形变量小,所以需要位移放大机构对其形变量进行放大,实现长行程高分辨率位移。针对压电陶瓷作为驱动器,柔性铰链位移放大装置作为导向机构的相移微动台运动存在非线性问题,采用多项式模型对其位移特性进行建模,通过求解逆多项式获得使其线性运动非线性电压,利用实验对非线性运动校正结果进行验证。实验结果表明,所采用前馈控制算法可以很好的校正相移微动台非线性运动,校正后相移台在x,y方向产生的最大相移误差为4°与3.2°,满足高精度相移干涉测量对相移台相移误差要求。     

基于有限元及神经网络的磨削温度仿真预测

为了控制由于磨削温度过高引起的工件表面热损伤,对磨削温度场的分布进行了仿真和预测研究。首先,采用有限元法对磨削温度场的分布状况进行了仿真研究,并通过实验验证了仿真结果的准确性;随后,以仿真结果作为训练样本采用BP神经网络对不同条件下的磨削温度进行了预测,通过与仿真结果的比较验证了BP神经网络预测模型的准确性。结果表明：采用有限元和神经网络相结合的方法对磨削温度进行仿真预测具有较高的准确性,为实际应用中磨削参数的选取提供了理论依据。     

三坐标测量曲率半径误差评价的新方法研究

曲率半径检测是光学加工工艺流程中最基本的检测内容之一,为了克服传统三坐标测量曲率半径的测量策略测量误差无法定量评估的问题,将病态矩阵理论与三坐标检测曲率半径算法相结合,提出了基于IC值的三坐标检测曲率半径测量策略误差评估新方法。首先分析了三坐标测量曲率半径的测量模型以及误差产生原因,然后利用病态矩阵理论评价该测量模型的病态程度,在此基础上提出了一种评价三坐标测量模型病态程度的判据算法,并且进行了相关算法的验证。在仿真及实验均验证其准确性和有效性的基础上,利用该方法对三坐标检测曲率半径的三环法进行测量策略优化。结果表明:常规测量将中环放在上下环中间位置的做法是测量误差最大的一种方法,中环的位置越靠近球冠顶点,其测量结果的精度越高。分析结果对制定光学元件曲率半径测量的测量策略具有一定的指导意义。     

散斑干涉条纹图的总变分去噪方法

去除散斑条纹图中的噪声是电子散斑干涉测量技术的关键问题.提出将总变分图像去噪方法应用于电子散斑干涉条纹图滤波过程中,并对保真系数进行了改进.用总变分模型定义图像的能量函数,利用变分法求得满足能量函数的最优解,将图像去噪过程转化为求解偏微分方程的过程.分别对计算机模拟的条纹图和实验获得的条纹图进行了测试,定性和定量分析的结果表明该技术能够在显著滤波的同时保持条纹的对比度.     

新型阴离子改性捕收剂DHT-4对黑钨矿的捕收性能及作用机理

黑钨矿常规浮选捕收剂存在选择性差、用量高、成本高、指标差等问题,为此,东北大学研究了一种新型阴离子改性捕收剂DHT-4。单矿物浮选试验表明,在常温、pH为5.5、DHT-4用量为70 mg/L时,黑钨矿回收率可达89.1%。应用Material-Studio分子模拟软件构建药剂、矿物模型,并通过分子模拟探讨DHT-4与黑钨矿的作用机理,结果表明,DHT-4分子和黑钨矿表面活性位点原子之间不存在静电吸附,而是存在强烈的化学键合作用和氢键作用,并通过Zeta电位分析结果得到了验证。     

基于激光干涉法的曲率半径精密检测系统

为了满足光学元件曲率半径精密检测的需求,设计了应用激光干涉方法的曲率半径精密检测系统,实现了对口径100~300 mm,曲率半径500~2 000 mm光学元件曲率半径的高精度,非接触式测量。并分析了影响曲率半径测量结果的各项不确定度,进行不确定度合成。最终完成曲率半径精密检测系统的装调,进行验证实验,曲率半径测量结果相对不确定度约710-6,满足了1010-10的设计要求。     

全频段亚纳米精度氟化钙材料加工

考虑用CaF_2材料制作投影光刻物镜可以明显提高其性能指标,本文研究了CaF_2材料加工工艺的全流程,以实现CaF_2材料的全频段高精度加工。首先,利用沥青抛光膜和金刚石微粉使CaF_2元件有较好的面形和表面质量。然后,优化转速、抛光盘移动范围、压力等加工工艺参数,并使用硅溶胶溶液抛光进一步降低CaF_2元件的高频误差,逐渐去除加工中产生的划痕并且获得极小中频误差(Zernike残差)和高频粗糙度。最后,在不改变CaF_2元件高频误差的同时利用离子束加工精修元件面形。对100mm口径氟化钙材料平面进行了加工和测试。结果表明:其Zernike 37项拟合面形误差RMS值可达0.39nm,Zernike残差RMS值为0.43nm,高频粗糙度均值为0.31nm,实现了对CaF_2元件的亚纳米精度加工,为研发高性能深紫外投影光刻物镜奠定了良好基础。