大口径离轴碳化硅非球面反射镜加工与检测技术研究

分析了碳化硅作为空间反射镜材料的各种优点,研究了加工和检测离轴碳化硅非球面反射镜的各项关键技术。利用自行开发的非球面加工中心FSGJ-2对离轴碳化硅非球面进行了研磨、抛光和轮廓测量,分析了计算全息补偿检测离轴非球面的基本原理,并专门设计研制了计算全息衍射检测装置,对大口径离轴非球面反射镜进行了零位补偿干涉测量。结合工程实例对一口径为468mm×296mm的离轴碳化硅非球面进行了超精加工与检测,最终面形误差峰谷(PV)值为0.148λ,均方根(RMS)值为0.017λ(λ=632.8nm),达到了良好的效果。     

八角形离轴非球面反射镜加工

为了加工出高精度八角形离轴非球面反射镜,对离轴非球面反射镜的数控加工和检测技术进行了研究。介绍了非球面计算机控制光学表面成型（CCOS）技术及FSGJ非球面数控加工中心,对数控加工过程中小磨头的运动方式和运动轨迹进行了研究,阐述了离轴非球面反射镜研磨阶段的轮廓测量方法和抛光阶段的零位补偿检测方法,采用数控加工方法对一块八角形离轴非球面反射镜进行了加工。最终的检测结果表明,八角形离轴非球面反射镜的面形精度均方根值为0.018λ（λ=0.6328μm）,满足光学设计技术指标要求。     

三角机加工大口径离轴抛物面技术

为了实现大口径非球面镜的加工,设计制作了三角机加工中心,该加工中心具有三工位设计。基于该加工中心提出了一套非球面镜加工模型,每个工位只需利用两个转动轴即可实现大口径非球面镜的遍历加工,同时加工工位与检测工位可以互换,节约成本的同时提升加工效率。为了验证加工模型的可行性,结合工程实例,利用该加工中心对一口径为1 450 mm的离轴抛物面SiC反射镜进行了加工,实验结果表明,经过一轮迭代加工后,反射镜面形结果由PV 4.653m、RMS0.4097m收敛到PV 3.585m、RMS 0.2581m,RMS收敛达37%。验证了模型的精度及可行性。     

大口径离轴非球面制造技术--研磨、抛光技术

大口径离轴非球面的研磨，抛光技术与计算机控制水平，机械设计能力等相关领域的发展密切相关，美国Itek公司的W.J.Rupp于20世纪70年代初首先出计算机控制非球面加工技术思想，从而开创了非球面元件的数控制造的新纪元。随后以数控机床为基础设施发展了多种研磨、抛光技术、大幅度提高了非球面加工的确定性和面形收敛高效性。     

利用Zemax辅助标定长期存放的大口径圆形离轴非球面

检测标定了一块放置多年的φ530 mm离轴非球面.根据当年的结构参数,在光学设计软件Zemax中建立了该离轴非球面的检测模型.利用y轴离心和x轴倾斜实现了离轴和光束倾斜.通过对某结构参数多次赋值,并将其他结构参数设为变量,优化并观察干涉图变化,找到最佳参数值.根据Zemax对参数的优化结果,使用4D干涉仪和φ510 m...     

被动消热差的大口径离轴光学系统

为了提高大口径离轴反射式光学系统的环境适应性,设计了被动消热差的大口径离轴光学系统。首先通过技术比较,确定了机械被动式的补偿路线。随后通过光学和机械材料的选取、光机结构的优化和补偿结构的计算,利用简单机械结构实现了系统的无热化。最后对系统的设计结果进行了仿真,分析了系统在-40 ℃、20 ℃和+55 ℃的光学传递函数。分析结果表明,利用该方法实现的大口径离轴光学系统完全满足温度补偿的要求,同时具有体积小、重量轻、易于实现且补偿精度高等优点。     

大口径高陡度离轴非球面精磨阶段的数控加工分析

在大口径高陡度离轴非球面的数控加工过程中对于高陡度离轴非球面矢高变化率的变化是通过坐标的变换来降低的;同时在数控加工过程中指明了磨头沿非球面的法线方向的具体操作方法;再修正轮廓检验结果,使其投影方向在法线上,最终达到精确的数控加工。     

一种实现离轴非球面反射镜离轴量和离轴角精确测量的方法

离轴三反系统的装调主要采用初始定位与计算机辅助装调相结合的方法,实际加工过程中由于检测手段的限制,使得离轴量以及离轴角的控制精度较低,根据加工提供的离轴量参数并以其背部平面为基准进行反射镜初始定位会引入较大的初始像差,用计算机辅助装调无法收敛。基于自准直原理,进行反射光路分析,得出离轴反射镜位置与反射像位置的数学关系,并基于以上数学关系提出一种可精确测量离轴反射镜离轴量以及离轴角的系统,该系统包括高精度90°直角弯板、高精度直线导轨、中心定位特种工装、内调焦望远镜以及测微光管,其测量离轴量以及离轴角的精度分别为±0.05mm和±10″。     

高精度离轴非球面透镜的制造与检测

针对强激光系统所需大口径非球面元件高精度、批量化的加工需求,提出了一种气囊抛光技术与柔性沥青小工具抛光技术相结合的大口径非球面元件高效制造方法。采用气囊抛光技术进行非球面保形抛光和快速修正抛光,实现磨削缺陷层快速去除以及低频误差快速修正。采用柔性沥青工具匀滑抛光技术,在低频误差不被恶化的情况下,控制元件中高频误差。在抛光过程中,利用球面干涉仪搭建的自准直波前干涉检测系统和粗糙度仪对非球面元件进行全频段误差检测。基于上述加工与检测方法完成了430 mm430 mm口径离轴非球面透镜样件实验加工,实验结果为元件通光口径内透射波前PV=0.1,GRMS=5.7 nm/cm,PSD1 RMS=1.76 nm,PSD2 RMS=1 nm,Rq=0.61 nm,并且中频段功率谱密度曲线均在要求的评判曲线之下。实验结果表明,离轴非球面透镜样件全频段指标均达到了合格指标要求。所述制造方法也适用于其他类型大口径非球面光学元件的高精度加工。     

凸二次非球面反射镜的自准法检验

在反射光学系统中大多采用凸非球面,但凸非球面的加工和检验一直是比较困难的问题。利用透射凸二次非球面具有自消像差的能力,从三级像差理论出发,提出了凸二次非球面的透射式自准检验和反射式自准检验两种方案,解决了采用Hindle球检验口径过大的问题。以某型号φ600R-C系统的凸次镜为例,分析了加工过程中的检验精度,并和Hindle球检验方法进行比较。结果表明,凸非球面的自准检验是一种切实可行的高精度检验方法。     

大口径非球面计算全息图检测系统

为了精确地检测大口径非球面面形质量,将曲面圆形计算全息图与补偿镜相结合,应用于非球面折射式检测光学系统中.分析了曲面计算全息图的衍射特性,同时分别阐述了利用曲面计算全息图的这种衍射特性来检测凹非球面及凸非球面的基本原理和方法,给出了具体的设计实例.与传统的非球面检测光学系统相比较,该系统不仅简化了传统光学系统的装调过程,还可以大大降低计算全息图（CGH）与补偿镜的制作精度,减少制作成本.尤其是在凸非球面检测过程中,首次在实验技术方面提出了两步全孔径检测法和调整误差的旋转相减消除法,实验验证了该方法的有效性.     

计算机全息术在非球面检验中的应用

本文根据Lohmann关于计算机全息术的一般理论阐明了干涉条纹型计算机全息图的原理;对Sirohi等人的计算方法进行了改进,提高了计算精度,而计算时间略有缩短;还制成了一个用于检验抛物面镜(f=1021毫米、2r_o=214毫米)的计算机全息图,再现波面的精度(方均根误差)达到1/20波长,并且已将此计算机全息图用于抛物面镜的检验,显示出了被验元件的面形缺陷.     

基于曲面拟合的离轴非球面镜顶点半径计算方法

为了解决大口径、离轴非球面顶点半径等参数测量不准的问题,提出了一种基于曲面拟合的非球面参数计算方法。建立了测量坐标系下的非球面准确方程,给出了非线性最小二乘拟合的迭代算法。同时提出了采用补偿器端面数据拟合得到光轴指向,通过测量坐标系下的光轴指向给出合适的拟合初值。对实测数据的实验表明,拟合优度的确定系数接近1,均方根误差约为0.002 6 mm,计算结果的顶点半径偏离设计值0.018 8%。该方法可用于非球面检测阶段的参数计算分析,尤其是计算高精度的顶点半径值,为系统光机装调提供有效的数据支持。     

计算全息用于非球面检测的方法

本文叙述了当前用计算全息测非球面的各种方法 ,讨论了所用泰曼格林干涉仪和裴索干涉仪结构的各种优点及局限 ,并介绍了几种当前常用的电子束或激光刻写全息图的仪器。     

用于真空在线测量的离轴非球面结构反射差分光谱仪设计与实现

基于旋转补偿器的反射差分光谱(RC-RDS)技术是 具有亚单层光学灵敏度的高精度表面表征方法,其全光谱快 速测量性能,特别适合在线检测。为满足真空在线测量的应用需求,综合考虑使用空间、工 作距离、光束 直径、光谱宽度和通光率等限制因素,提出了基于离轴抛物(OAP)反射镜的光学测头设 计方案,构建的测试样机 实现了有效工作距离大于50cm、光斑直径小于6.5mm和光谱范围涵盖280～825nm等性能。实验研究了超高 真空环境Cu(110) 样品在退火处理中的RDS,仪器详细记录了信号随温度的演 变过 程,测量精度优于3×10－4,表明新方案满足真空环境下表面 高灵敏光学测试的需求。     

Fabrication and testing of surface micromachined polycrystallineSiC micromotors

The authors present the fabrication and testing of surface micromachined polycrystalline silicon carbide micromotors. A new multilayer fabrication process utilizing low temperature deposition and micromolding techniques was developed to create the desired SiC structural components. Typical operating voltages of salient-pole and wobble micromotors in room air were 100 and 80 V, respectively. Wobble micromotors were tested at room temperature in atmospheres of argon, nitrogen, oxygen, and room air (25% humidity). The gear ratio as a function of applied voltage was higher for operation in room air as compared with the other gases, suggesting a relationship between gear ratio and relative humidity. In addition, micromotors were tested at elevated temperatures and exhibited stable operation up to 500°C     

非球面齐明透镜的设计

鉴于过去文献只对非球面消球差透镜做了分析,根据初级像差理论给出了非球面齐明透镜(同时消球差和彗差)初始结构的求解方法,包括非球面齐明单透镜和非球面齐明双透镜的求解方法;并利用Zemax光学设计软件验证了这种求解方法的正确性.通过大量的计算给出了各种关系曲线,并分析了相对口径与透镜球差的变化关系,这些分析对光学系统的设计都是有益的.