光学系统中白宝石分光镜的热变形像差分析

以光学系统中的白宝石分光镜为研究对象,利用有限元方法和Zernike多项式对其热变形像差进行了计算和拟合,分别对入射激光的反射相移和信标光的透射相移进行了研究和分析。入射激光的反射相移的主要像差为离焦项;信标光的透射相移的主要像差包含离焦项和主球差项,而主球差的引入主要是由于在激光入射区域边界上轴向温度分布的不均匀性。利用像差比率γnm直观反映入射激光的吸收功率与反射激光和透射信标光的像差的关系,对入射激光而言,其离焦比率γ20=0.0393;对信标光而言,其离焦比率γ20=-0.0011,主球差比率γ40=-0.0033。     

变形镜在激光辐照下热畸变有限元模拟

利用有限元分析软件数值模拟了固体激光器系统中由单晶硅（Silicon）、石英（Silica）与超低膨胀玻璃（ULE）等不同材料制作的变形反射镜受激光辐照下的热畸变特性。计算结果表明:当入射激光功率密度为0.225 kW/cm2,激光照射时间为10 s,镜面反射率为99.9%时,三种材料的变形镜的最大温升分别为0.804、6.751与7.122℃,最大热变形分别为0.049 3、0.034 8与0.005 m,相比之下,单晶硅温升较小,超低膨胀玻璃（ULE）的变形与应力最小,ULE是未来比较理想的镜面材料。最后,对变形镜在长脉冲激光辐照下也进行了计算与分析。     

准光学馈电网络高精确度镜体结构热变形仿真分析

毫米波亚毫米波探测仪在静止轨道运行时,其各子系统性能受环境热辐射影响。根据在轨温度场数据,采用有限元分析法对准光学馈电网络热变形情况进行仿真;采用GRASP软件将器件热变形后的形位、形面参数进行拟合,仿真分析当准光馈电网络受在轨环境热辐射时电性能变化情况。结果表明,环境热辐射对准光学馈电网络的电性能有一定影响,采用温控措施后,可避免在轨温度变化引起的性能变化。     

快反镜在高功率连续激光辐照下的热性能分析

为了研究高功率连续激光辐照过程中快反镜的热性能变化问题,文中利用多物理场仿真分析软件建立了融凝石英（fused silica）、微晶（zerodur）、碳化硅（SiC）三种材料制作的快反镜传热学和结构力学耦合非稳态模型,通过泽尼克多项式算法对高功率激光辐照快反镜热应力下的光学波前进行拟合。研究结果表明:在同等激光功率辐照条件下,微晶材料制作的快反镜温升最小,形变最小。根据仿真结果优选微晶作为快反镜镜体材料,基于泽尼克多项式对快反镜波前热畸变进行仿真分析,计算得到波前热像差以活塞、球差、离焦等为主导,可为波前校正工程应用提供理论参考。     

变形镜热形变及其对光束质量的影响分析

在考虑中红外高反膜系的非均匀吸收情况下,利用ANSYS有限元分析软件,建立了带高反膜系的变形镜模型。定量分析了连续激光辐照下,变形镜的温升、热形变及其对光束质量的影响。研究结果表明,在使用有限元软件进行分析时,高反膜系的非均匀吸收不可忽略;变形镜极头间距越窄,热形变带来的波前畸变空间频率越高;当入射波前峰谷(PV)值与变形镜热形变面形PV值相差不大时,热形变带来的影响最明显;在总吸收能量一定的情况下,入射激光功率越大,热形变对光束质量的影响越明显。此外,针对不同的换热条件,讨论了变形镜热形变对光束质量的影响,进而针对热形变的产生机理,提出采用局部换热方式降低变形镜的热形变。     

快反镜的镜座结构热分析研究

针对校正激光光束的快反镜使用过程中,残余光束辐照到镜座后导致镜座结构变形,对系统造成的不利影响,围绕镜座结构设计开展了针对性的研究.对镜座结构从选材到结构布局进行了详细分析,提出了采用铝材料镜座结构.对镜座中间光束最密集处采用镂空设计的方法,进一步提出了镜座采用SiC材料的设计方向.对设计后的铝材料镂空镜座结构进行了热...     

大型光学镜子热弹性变形的有限元分析

简述了利用ANSYS软件对大型光学镜子热弹性变形进行有限元分析的一般方法,强调了在分析过程中应该注意的一些问题和实用技巧,并给出了一个分析透镜重力变形的实例。     

方口径压电薄膜变形镜夹持应力控制研究

基于有限元方法,以三点夹持为例,对压电薄膜变形镜(PFDM)的工作特性进行了仿真分析,发现变形镜与镜框之间因夹持带来的接触应力会导致镜面变形与电压之间呈现非线性变化。针对这一问题,提出了两种改进方式,仿真结果表明,两种改进方式均能够有效改善变形镜的非线性响应问题。     

热处理对低损耗高反膜特性的影响分析

低损耗激光薄膜反射镜是环形激光器谐振腔的关键元件之一,首先设计和制备了工作角度为45的低损耗高反膜。为了提高低损耗高反膜的光学性能,采用高温热处理的方式,研究了热处理对低损耗高反膜的透射率、散射系数、表面粗糙度、相移等特性的影响。高温热处理对高反膜的散射系数、表面粗糙度影响较小,随着热处理温度的增加,高反膜相移逐渐降低。当退火温度为550 ℃时,环形激光器输出性能稳定性最好,当工作230 h 后,输出能量仅下降到初始值的90.5%。实验结果表明,采用合适的热处理方式,可以有效改善低损耗高反膜特性以及环形激光器的输出性能。     

释放孔对微机电系统变形镜光学性能的影响

利用表面工艺制作的微机电系统(MEMS)变形镜具有体积小、分辨率高、驱动电压低等优点,然而镜面存在大量的释放孔形成一个规则的阵列结构,影响了变形镜的光学性能。设计制作了一种基于表面工艺的MEMS变形镜单元,研究了释放孔阵列对变形镜光学性能的影响。从夫琅禾费衍射原理出发,建立了二维释放孔阵列的衍射理论模型。研究结果表明,随着释放孔尺寸的增加和相邻释放孔间距的降低,中央零级衍射光强降低,衍射效应增强;同时镜面的有效反射面降低,总反射率降低。释放孔结构影响哈特曼波前传感器对畸变波前的测量性能,使聚焦光斑能量降低,同时随着波前扰动的增强,相邻聚焦光斑发生串扰,波前测量精度降低。     

高功率激光反射镜热变形补偿的实验研究

研制了一套由环形半导体温控片、半导体温控片温度施加机构和温度控制电路组成的反射镜变形动态补偿系统。圆形反射镜在环形温度控制下,产生曲率可变的内凹或外凸球面变形,由此补偿激光反射镜自身热变形或激光系统中透射元件热变形产生的离焦量。采用口径为50 mm,厚度为10 mm平面反射镜进行了“施温-变形”以及“辐照—施温-变形”实验,利用干涉仪对面形进行监测。获得了温度-面形变化曲线,镜体中心位移和温度保持线性关系,在50 ℃温度下,中心最大变形量超过2.5 μm,温度-变形系数为0.088 μm/℃。在激光功率162 W辐照下,反射镜的热变形补偿量由0.3 μm减小到0.08 μm,对系统中透射元件的热变形量从0.28 μm补偿至0.066 μm。     

反射镜热畸变对激光光束质量影响的研究

基于热传导理论,建立了高斯光束辐照硅反射镜的物理模型,利用多物理场数值分析软件COMSOL Multiphysics求解热传导方程,仿真计算得到镜面表面温度分布曲线以及镜面变形曲线,进一步结合光学仿真软件模拟计算,研究得到Si反射镜镜面的热畸变对输出光束质量的影响。结果表明：随着激光辐照时间的增大,反射镜热变形越显著,输出光束质量β因子越大,但β值的变化首先较快而后趋于平缓。随着辐照激光功率的增加,反射镜热变形越大,输出光束质量β因子不断增大。     

控制高功率激光器腔镜与窗口微变形技术的探讨

阐述了用来控制和改善高功率激光器腔镜及其窗口热变形产生的破坏的几种技术,如水冷技术、半导体致冷技术和相变致冷等技术.由于各种技术应用原理不同,其适用的范围也有很大的差别.其中一种新技术多层水冷技术适应性比较广,并且能有效地减少高功率激光器热效应对其光学元件的影响,从而使镜面变形得到很好的控制.     

大功率激光器巴条热特性研究

利用半导体激光器结电压随温度变化关系,测量了大功率激光器巴条的稳态温升曲线,并用红外热成像方法进行了验证。同时采集到的稳态温升曲线结合结构函数方法,可以得到激光器巴条热量传递路径上各层结构的热阻。然后通过测量激光器巴条的热阻可以得到其光转换效率,,施加在半导体激光器巴条上的工作电流越大,其热阻越小,光转化效率越高,与半导体激光器测试仪测量的光转换效率的变化一致。     

热界面材料对高功率LED热阻的影响

散热不良是制约大功率LED发展的主要瓶颈之一, 直接影响着大高功率LED器件的寿 命、出光效率和可靠性等。本文采用T3ster热阻测试仪和 ANSYS热学模拟的方法对LED器件进行热学分析,以三种热界面材料(金锡,锡膏,银胶)对LE D热阻及芯片结温的影响为例,分析了热界面材料的热导率、厚度对LED器件热学性能的影响 ,实验结果表明界面热阻在LED器件总热阻中所占比重较大,是影响LED结温高低的主要因素 之一;热学模拟结果表明,界面材料的热导率、厚度及界面材料的有效接触率均会影响到LE D器件结温的变化,所以在LED器件界面互连的设计中,需要综合考虑以上三个关键参数的控 制,以实现散热性能最佳化。     

强激光系统中硅镜变形数值分析

本文运用数值传热学中全隐差分格式交替方向块迭代法,对周边绝热强激光照射非稳态条件下硅镜的温度及挠变形进行了数值模拟,给出了形变随激光功率、光斑直径、镜片直径、镜片厚度以及照射时间等参数的变化规律,并对镜片局部最高温度的变化作了探讨和分析.     

强激光束辐照下窗口材料热力效应数值模拟

基于三维瞬态热传导方程和弹性应力-应变方程,研究了空心环形强激光束(波长1.315μm)辐照下白宝石窗口温度、变形和应力的分布规律;研究了空心矩形强激光束(波长3.8μm)辐照下氟玻璃窗口温度、变形和应力的分布规律。采用三维有限元模型,数值模拟了强激光在窗口材料中产生的热和力学效应,为强激光窗口元件的选择以及热效应对光束质量影响的评估提供了参考。计算中,激光能量吸收采用体吸收,并考虑了光强分布的空间梯度以及光强在窗口内的衰减。     

高功率掺镱双包层光纤激光器热效应理论研究

针对高功率双包层光纤激光器热效应严重制约着光纤激光器的输出功率和光束质量这一现象,利用热传导方程和边界条件推导出了双包层光纤激光器温度分布的解析解,进而分析了热效应引起的应力分布,温度和应力引起的折射率变化以及热效应引起的光程差。结果表明,在纤芯轴线处切向、法向、轴向应力分别达到负的最小值,而在光纤表面处径向应力为0,法向、轴向达到正的最大值;应力引起的折射率变化与温度引起的折射率变化相比较小;温度变化是热效应引起光程差主要原因,热膨胀和热应力引起的光程差较小。