锯齿型外掩体设计和衍射光强检测

针对太阳极轨望远镜计划对大视场日冕仪杂散光抑制的要求,设计了一个衍射抑制程度更高的锯齿型外掩体用于该日冕仪。应用半无限矩形法模拟了锯齿型外掩体衍射光强分布,得到了最低衍射强度的锯齿形状。通过实验检测了此最优锯齿形状外掩体的衍射光抑制水平,并与圆形外掩体衍射光强进行了对比,证实了锯齿型外掩体相对于圆形外掩体在抑制衍射光上的优势。实验观测结果显示,优化设计后的锯齿型外掩体的衍射光强抑制水平可以达到10-7量级,高于目前国际上实验观测到的外掩体衍射光强抑制水平10-6量级,可以满足大视场日冕仪的对杂散光抑制的要求。     

A Novel Artificial Superposition Compound Eye

A new artificial superposition compound eye model is presented based on micro-lens array. In all compound eyes, it has the advantages of small volume, light weight, wide FOV, high sensitivity and much higher energy utilization ratio. Nevertheless, its structure is relatively complicated, especially the GRIN medium in the crystalline cone. Therefore, the modeling, analysis and fabrication for it are burdensome. In the established model, the GRIN is replaced by a curved micro-lens array. Thus, the modeling, analysis and optimization process are simple, and the components of artificial superposition compound eye are easy to be fabricated. The system is modeled by ZEMAX software. With the help of raytracing, its principle is analyzed, and the sensitivity comparison between the superposition compound eye and the apposition compound eye is done. The model＇ s validity is proven.     

一种对重叠复眼进行简化模拟与分析的新方法

重叠复眼的结构复杂,对其进行模拟与分析十分困难。这直接影响了人工重叠复眼的设计与发展。本文提出了一种对重叠复眼进行简化模拟与分析新的方法,通过对同一个小眼追迹多束相互倾斜的光线来分析不同小眼对感杆束上光强分布的影响,这样避免了在建模过程中大量计算各个小眼的三维坐标,使整个建模过程大大简化。文中利用这种方法在ZEMAX软件中进行了实例模拟,分析结果证明这种方法能够对重叠型复眼进行准确的模拟与分析。     

对重叠复眼进行简化模拟与分析的新方法

提出了一种对重叠复眼进行简化模拟与分析的新方法。通过对同一个小眼追迹多束相互倾斜的光线来分析不同小眼对感杆束上光强分布的影响,避免了在建模过程中大量计算各个小眼的三维坐标,大大简化整个建模过程。文中利用这种方法在ZEMAX软件中进行了实例模拟,对同一个小眼追迹6束光线,相对应探测器上得到的归一化光强分别为0．7823、0．7847、0．7733、0．4805、0．1095、0．00193,分析结果证明这种方法能够对重叠型复眼进行准确的模拟与分析。     

塔式太阳能热发电站定日镜面形检测专用仪器的研制

对于塔式太阳能热发电系统的定日镜,其反射面法线倾角的精度是影响定日镜工作效率的主要光学因素,因此法线倾角也是面形检测的指标.据此,我们提出用基于激光束偏转法的定日镜单元面形检测方法和定日镜主镜安装误差在线检测的方法,研制了相应的检测设备和软件.检测了位于北京的1MWe太阳能塔式热发电示范电站的由55块1.8182 m2(六边形反射镜)定日镜单元组成的100 m2主镜,检测精度优于0.1 m·rad.     

大视场日冕仪光学系统杂散光抑制

大视场日冕仪主要用来对215倍太阳半径内的日冕进行全周向观测以监测太阳活动并对影响日地空间的灾害性空间天气进行预警。根据杂散光抑制要求,将大视场日冕仪的光学系统设计成外掩透射式二次成像结构,其光学系统长度为355.89 mm,视场为±20°,焦距为40 mm。将大视场日冕仪杂散光按照光强分为三级,其中一级为太阳直射光,二级为外掩体和外窗口边缘的衍射光,三级为内掩体表面反射光、物镜口径边缘的衍射光和散射杂散光。对这三级杂散光分别进行抑制后得到内视场的杂散光抑制水平为10-9量级,外视场的杂散光抑制水平为10-13量级。     

衍射光学元件加工中的对心研究

为了解决平凸折衍混合透镜套刻加工中的对准问题,本文设计了一套进行套刻对准的实验路径.以机械轴为参考基准,使掩模板的环带中心和器件球面的对称轴分别与之对准,最终实现套刻过程中掩模板和器件对称轴的对准.最后根据加工实际情况进行了计算,对于口径是92 mm的衍射元件,得到的对准误差为2.125 μm,能够满足系统的要求.采用计算机等辅助手段,可实现亚微米量级的对准精度.     

白光日冕仪光学系统的杂散光抑制

为满足日冕仪对杂散光抑制的苛刻要求,通过分析日冕仪的工作原理和结构特点,设计了白光日冕仪光学系统,系统观测范围为2.5～15 R⊙,角分辨率为14″,口径为30 mm,焦距为200 mm,系统总长为1 080 mm;其中光学系统长370 mm,37 pl/mm的MTF值＞0.5.分析了直射太阳光、太阳光在外掩体D1边缘的衍射光、视场光阑A1边缘的衍射光、以及物镜组O1各表面多次反射带来的系统杂散光的特点,利用多个光阑互相共轭的空间位置关系,设计了相应的杂散光抑制结构,从而完全抑制了系统的4个主要杂散光光源产生的杂散光,使系统整体杂散光抑制水平达到10-8～10-10 B⊙,满足了日冕仪光学系统对杂散光抑制的要求.     

曲面复眼成像系统的研究

研究了两种曲面复眼成像系统,并首次将曲面场镜阵列引入曲面复眼成像系统,使其边缘视场的成像质量进一步提高,视场角进一步加大。进行了成像系统的建模以及光线追迹,两种结构的视场角分别达到60°和88°,整个系统的体积分别为0.9 mm×0.9 mm×0.5 mm和0.9 mm×0.9 mm×0.75 mm。文中给出了用激光直写设备在曲面基底上进行光刻来制作曲面微透镜阵列的方法。     

白光日冕仪光学系统杂散光抑制

“夸父计划”是由“L1+极轨”的三颗卫星组成的一个空间观测系统，夸父A星中一个重要的仪器是白光日冕仪(2.5 R⊙ -15 R⊙ )，并且在我国是首次研制。日冕仪的工作特点决定了其对杂散光抑制要求及其严格。本文通过分析系统工作特点，设计了白光日冕仪，系统视场4度、角分辨率14角秒、口径30mm、焦距200mm、系统总长1080mm、其中光学系统370mm，37pl/mm的MTF值大于0.5；根据其杂散光抑制的结构特点，利用多个光阑互相共轭的空间位置关系，系统的四个主要杂散光光源从结构上被全部抑制，从而达到了良好的杂光抑制水平。