基于标记点的子孔径全局优化拼接检测法

为实现小口径干涉仪完成较大口径光学平面镜片的测试,得到镜片的完整面形信息,提出了基于标记点的平面Givens变换,实现了子孔径的精确定位.采用Zemike多项式拟合对每个子孔径数据进行了消倾斜量的处理.建立了全局优化拼接数学模型.利用该模型进行了九孔径拼接计算机仿真实验,利用该方法得到的PV值和RMS值的相对误差均在10-6左右.对直径为150 mm的镜片进行九孔径拼接检测实验,对比全口径干涉检测结果,PV值和RMS值的相对误差为0.36%和2.27%.仿真和实验结果证明:该方法稳定可靠,降低了传统的子孔径拼接干涉检测方法中对导轨的高精度要求.     

用于检测激光棒的变倾角马赫-曾德尔干涉仪

为实现激光棒透射波前的测量,改善一般泰曼型或斐索型干涉仪测量小口径激光棒透射波前时的边缘衍射效应,研究了一种变倾角移相马赫-曾德尔干涉仪。通过调整移相反射镜的倾斜姿态,改变入射到马赫-曾德尔干涉光路的光束倾角,参考光束与测试光束的光程差随之变化,从而在相干光之间引入相移,实现了相移干涉测量。利用该干涉仪测量一根口径为Ф6 mm、长度为60 mm激光棒(Nd:YAG)的透射波前,测量结果的峰谷值(PV)为0.391λ,均方根值(RMS)为0.056λ;使用ZYGO激光干涉仪测量同一根激光棒,其透射波前的峰谷值(PV)为0.370λ,均方根值(RMS)为0.064λ。对比结果表明该干涉仪能实现光学元件透射波前的高精度检测,测试结果的一致性验证了该方案的可行性。该变倾角移相方法具有较高的移相精度和较大的移相范围,且该变倾角干涉系统中光束仅一次透过待测激光棒,可有效抑制多光束干涉现象,改善小口径激光棒的边缘衍射效应。     

基于Shack-Hartmann的子孔径拼接波前检验技术

针对传统的地基大口径望远镜自准直干涉检测受器材限制和环境影响而检测困难的问题,提出了基于Shack-Hartmann波前探测器的子孔径拼接波前检测方法.介绍了子孔径拼接检测理论和拼接算法,研究了Shack-Hartmann下实现子孔径上波前精确测量的方法,设计了具有透射孔的光阑实现自准直光路中子孔径毫米级的定位.实验使...     

大口径光学件误差均化拼接技术

运用子孔径检测及拼接的方法可完成大口径光学件面形的干涉测量。为了能够减少子孔径拼接的误差累积与数据处理算法带来的精度影响,运用子孔径拼接的误差拼接算法,并通过对实验检测数据的处理,得到拼接结果与全孔径检测结果比较,面形波面峰谷值相差0．0842,均方根值相差0．01λ,误差在Veeco光学干涉测量仪器的公差范围内。实验结果验证了误差均化算法可有效减少误差的传递与累积,实现子孔径拼接技术对大口径光学件的正确检测。     

基于高斯光斑的相关HS波前斜率处理器

大规模自适应光学系统要求哈特曼-夏克波前传感器的子孔径数目巨大,这势必会增加波前斜率提取电路实现的难度.为了在大规模自适应光学系统中进行波前斜率提取,提出了一种相关算法的实现结构,以高斯光斑作为参考模板,通过两次级联滤波完成子孔径光斑之间的相关运算,并得到局部波前斜率.与多通道并行处理的实现结构相比,本文所提出的结构实现的硬件成本不会随着子孔径规模的增大而显著增加,特别适用于大规模自适应光学系统的波前斜率提取.实验结果表明:对于8×8方形排布的哈特曼-夏克波前传感器图像,本文的结构用FPGA内实现,在27 MHz的工作频率下,完成一帧所有子孔径斜率计算的延迟为1.2 μs,均方根误差小于0.02个像素,最大误差不超过0.04个像素,而资源消耗仅仅为925个Slices.本结构能够满足大规模自适应光学系统中波前斜率探测高速实时和高精度要求.     

基于FPGA技术的波前斜率处理方法

以61单元自适应光学系统中的高速实时波前处理机为例，分析了传统基于DSP的波前斜率处理方法的优缺点，提出了一种基于FPGA技术，采用单像素控制的新型波前斜率处理方法，该方法可以使得波前斜率处理机的实时性更强，体积更小，并能适用于不同子孔径布局和不同子孔径数的自适应光学系统。     

薄反射镜主动光学实验系统

用口径400mm、厚12mm的薄反射镜作为实验镜进行了主动光学实验.支撑系统由背部12个主动支撑点和3个固定支撑点组成,主动支撑点采用由压电陶瓷促动器和压力传感器组成的力促动器,用于控制实验镜面形,固定支撑点用于控制实验镜的定位.通过Shack-Harmann波前传感器测量镜面面形并拟合出Zernike像差,用阻尼最小二乘法计算出校正力,通过PID算法闭环控制各促动器施加力的过程.通过主动校正,将初始支撑状态下的1.16λ(λ=632.8nm)RMS面形精度校正到0.07λRMS,优于镜面抛光后的0.1λRMS.     

用于大口径非球面的波前功率谱密度检测

光学元件加工质量的检测和评价工作是保证整个光学系统安全、正常运行的关键。在总结非球面常用检验指标优、缺点的基础上,讨论了测量大口径非球面的波前功率谱密度时的系统组成、工作原理和软件设计的总体思路。为了减少系统误差的影响,求解波前功率谱密度时,通过引入系统传递函数校正测量值来实现。使用大口径相位干涉仪作为波前检测仪器,证实波前功率谱密度能定量给出波前畸变的空间频率分布,并用于作为大口径光学元件质量的评价标准。给出一个测试口径为64mm×64mm光学元件测试结果,有效频率为0.03mm-1～3.87mm-1,rms为0.0064λ。     

应力抛光技术加工抛物面的实验研究

大口径非球面加工技术一直是先进光学制造领域研究的前沿课题,本文开展了以大型非球面应力抛光技术(SMP)为核心的相关先进光学制造技术的研究.研究了应力抛光技术的原理及算法,以加工一块口径为φ314mm,F/7的抛物面镜为例,验证应力抛光技术的合理性和有效性.采用干涉仪检测抛光结束的抛物面其峰值(PV)为3.317λ,均方根(rms)为0.489λ.结果表明,应力抛光技术能够以较高精度、快速地形成旋转对称的抛物面,其面形误差满足或接近于非球面面形的精度要求.     

子孔径拼接检验法中倾斜的影响及消除方法

在子孔径拼接检测大口径光学平面时,子孔径检测的数据往往存在倾斜,它将会导致拼接的数据沿着一个方向的倾斜累加,最后引入很大的倾斜误差。由于这种倾斜误差难以手动修正,通过实验,先用最小二乘法编制软件对所测子孔径数据进行消除倾斜处理,然后把去倾斜的子孔径数据进行拼接处理,对比消除倾斜的子孔径拼接结果与全口径直接检测结果,证明了去倾斜处理在子孔径拼接检测处理中的有效性。     

平面光学元件平面度动态干涉拼接测量

开展了基于动态干涉仪的平面光学元件平面度干涉拼接测量,并研究了影响测量和拼接的主要误差。用二级减振的方法来抑制环境中振动的影响;根据允许的变化条纹数来控制二维移动平台导轨精度。建立了以ZYGO公司的DynaFiz干涉仪为子口径采集仪器的干涉拼接系统,开展了单口径平面度测量及拼接实验,完成了200mm×300mm 平面光学元件的平面度测试,并与大口径干涉仪所测试的全口径测量数据进行比对,拼接结果的10次实验均方差为0.001λ(λ=632.8nm)。     

基于反向共轴的大口径平面光学元件面形测量

提出了一种基于反向共轴的大口径平面光学元件面形测量方法。将双位移传感器反向共轴线扫描测量模式和多角度旋转三面互检技术结合,借助直线长导轨有效扩大平面光学元件测量口径,同时测量过程中不需要使用标准平晶,避免引入标准平晶参考面不确定度分量,测量结果直接溯源到激光波长基准。利用该测量方法对3块400mm口径光学平晶进行面形测量,验证了该测量方法的可行性。     

环形子孔径拼接算法的精度影响因素分析

优化的拼接算法是环形子孔径扫描测量大口径非球面光学元件的关键问题。针对一种基于离散相位值的环形子孔径拼接算法,从精度评定判据入手,对随机噪声、高阶噪声、重叠区宽度及子孔径数目这几个主要影响因素进行了数值仿真分析。结果表明,该算法对高阶噪声和随机噪声均不灵敏,高阶噪声的影响略大于随机噪声的影响;对口径和相对口径较大的非球面,相邻子孔径间重叠系数应大于 0.15,对于非球面度不大的非球面,重叠系数可大于 0.25, 能以较高精度求得拼接参量。     

考虑纤维损伤的大孔口层合板缝合补强等效力学模型

针对含大孔口层合板（层合板宽度D与开孔半径R的比例D/R<6）缝合补强,考虑缝合线对面内纤维造成弯曲、断裂及针脚处夹杂和富树脂区的影响,利用有限元软件建立了大孔口层合板缝合补强模型。在拉伸载荷作用下,计算了不同缝合参数（针距、行距、边距、缝合线直径、缝合线张力）对层合板力学性能的影响。并将不同缝合参数对面内纤维造成的损伤等效为孔径的扩展,建立其等效开孔无边缘效应层合板有限元模型,得出了缝合补强时不同缝合参数对层合板整体承载能力的影响规律。针距越小,层合板承载能力越低;当针距小于3.14 mm时,随着边距的增大,层合板承载能力单调减小;当针距介于3.14 mm与6 mm之间时,随着边距的增大,层合板承载能力呈现出类似于正弦函数的变化形式,且整体趋势增大;当针距大于6 mm时,随着边距的增大,层合板承载能力单调增大;当中心圆孔的0°与90°位置存在针脚缺陷时,易造成层合板提前破坏。      

光纤结构参数对亚毫米沟槽装药爆速测试的影响研究

为了对亚毫米尺度SY共晶沟槽装药的爆速进行测试,采用光纤探针法设计了爆速测试系统,得到的信号稳定可靠,表明光纤探针法用于亚毫米沟槽装药的爆速测试是可行的。同时,为了研究光纤结构参数对爆速测试的影响,采用了3种不同结构参数的光纤进行试验。对爆速结果和信号参数进行数据分析可得:当光纤的数值孔径越大时,爆速测试的精度越高,信号的上升时间也越短,但对信号幅值基本没有影响;当光纤的芯径越大时,爆速测试的精度越高,信号的上升时间越短,信号的幅值也会增大。当光纤的数值孔径为0.22时,测试的精度最高,对应的爆速值为4.68 mm/μs,标准方差为0.12,平均相对误差为1.88%。     

Study of sub-aperture stitching interferometry based on topography data

Sub-aperture stitching testing method is an effective way to extend the lateral and vertical dynamic range of a conventional interferometer. In this paper, the global stitching method based on topography data is studied. The influence of the weight coefficient and the positioning accuracy on the stitching result is investigated. On this basis, the lateral parameters optimization method is introduced. Finally, a 152.4 mm parabolic surface is tested to validate the effectiveness of the proposed method.     

缝合参数对泡沫夹层结构复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂注射(VARI)成型工艺制备不同缝合方式和缝合密度的缝合泡沫夹层复合材料, 研究缝合参数对平面拉伸、三点弯曲、芯子剪切以及滚筒剥离性能的影响。结果表明: 缝合使泡沫夹层复合材料的平面拉伸强度和芯子剪切强度明显降低, 可以改善弯曲性能并大幅提高滚筒剥离性能, 改进锁式缝合方式优于临缝式缝合方式; 适当地增加缝合行距对力学性能有一定的积极作用, 但不利于滚筒剥离性能的提高; 与未缝合泡沫夹层复合材料相比, 当缝合密度为30 mm×10 mm时, 改进锁式缝合泡沫夹层复合材料的平拉强度和芯子剪切强度分别降低了14.75%和24.79%, 弯曲强度和平均剥离强度分别提高了7.96%和80.78%。     

环形子孔径检测技术中测量数据的准确提取方法

环形子孔径拼接测试技术是一种无需辅助元件就能检测旋转对称大口径非球面镜的有效手段。根据该技术的检测原理及基于Zemike多项式的“拼接”算法,提出了一种相应的环形子孔径数据提取方法。该方法基于商用相移干涉仪的CCD成像系统和其数据处理软件提供的Mask编辑功能,利用被测镜面上方的三个可移动的基准标记进行绝对定位,给出了具体的实施方案。对一口径700mm、F2的抛物面主镜进行实验,研究结果表明,该数据提取方法操作简单可行,适合于加工车间的实施,取得了符合“拼接”算法需求的子孔径测试数据和对应环带的内外半径值。     

小型宽光谱低分辨率光谱仪器光学设计

光栅作为小型光谱仪器分光系统的核心,采用不同种类的光栅制作分光仪器时其结构形式也不尽相同.文中为设计一个工作波段在340-800 nm,分辨率优于15nm,谱面长度28.71 mm的比色仪光学系统,通过对比常见光谱仪结构的优缺点,选择平场凹面光栅作为最终的结构形式,采用长波通滤光片实现对二级光谱重叠的消除,并对比色仪光...