同轴反射式空间相机新型次镜支架结构

为提高同轴空间相机次镜安装结构的稳定性,减小因次镜位置变化对相机成像质量的影响,深入研究了次镜支架结构。针对同轴长焦距相机光学系统的特点和传统次镜支架存在的不足,基于三角形稳定的原理设计了一种新型次镜支架,有限元分析结果表明:在相同质量条件下,该结构的基频、抗扭刚度和沿光轴方向的刚度相对传统结构均大大提高,其中基频提高了20%以上。为验证该结构的可行性,研制了两种钛合金样机结构。试验表明,轻量化后的支架质量仅1.7kg,基频可达293Hz。该结构解决了传统次镜支架结构刚度低、基频低的难题,并实现了高轻量化和高比刚度,容易加工和装配,适用于可见光和红外多种类型空间相机,已在某可见光空间相机中成功应用。     

空间光学次镜平台的运动学分析和控制系统设计

为解决空间光学次镜的高精度定位需求设计了一种六自由度并联次镜平台,对并联平台进行运动学分析,并设计了平台的闭环控制系统。根据设计的并联次镜平台结构,搭建了实验硬件系统,编写了软件控制程序,对运动分析结果及控制系统进行实验验证。实验结果表明,所设计的控制系统可以实现六自由度并联次镜平台的运动控制,运动控制精度能够达到0.02mm。     

空间相机次镜调整机构的性能评价及参数优化

针对空间相机次镜调整机构的复杂设计约束要求,提出一组评价调整机构运行效率的指标体系,并基于这组指标评价体系,优化得到一组综合约束下效率性能较高的机构尺寸参数。通过建立机构的运动学模型、运动误差模型、静力学模型和动力学模型,针对运载过程和在轨运行期间的约束要求,提出了空间利用效率指标、误差传递效率指标、质量受力效率指标和运动能耗效率指标,基于四个效率性能评价指标,利用性能图谱法,分别得到了四个效率指标的性能图谱,并进一步优化得到了一组效率性能全面的机构尺寸参数（a,b,l）=（197 mm,643 mm,1 260 mm）,研究成果为后续该机构的空间工程应用奠定了良好的理论基础。     

空间光学遥感器精密次镜调整机构设计及试验

随着空间光学遥感器地面分辨率逐步提高,长焦距、大口径相机成为重点研究方向。为了克服重力变化、复合材料变形等因素带来的天地不一致性的问题,次镜调整成为校正光学遥感器离焦和主次镜相对位置变化的关键技术之一。将次镜柔性支撑、精密直线驱动与柔性铰链传动技术相结合,设计了一套高精度次镜调整机构。首先介绍了该套机构的光机构成、工作原理及传动链路,然后对超轻次镜、高精度直线致动、高精度调焦传动等设计分别进行了阐述,最后介绍了力学环境试验后的调整精度测试情况。试验结果表明,该套精密调整机构实测调整行程大于±120μm,轴向调整步距精度0.18μm (3σ值),调整行程内次镜的最大平移误差为1.30μm,最大倾斜误差为1.93″,具有调整范围宽、调整精度高的特点,满足空间光学遥感器精密次镜调整的要求,已成功在轨应用于北京三号B卫星0.5 m级高分辨率空间相机。     

φ1.2 m 主镜光学加工中轴向支撑系统的补偿力分析计算

大镜面反射镜在加工过程中需要处理一些低阶的Zernike 多项式面形中非旋转对称的面形残余量。这些面型残余量大大增加了加工的难度。提出利用主动支撑技术指导镜面面形的加工过程,降低加工难度。主要研究加工过程中应用主动支撑技术补偿某些低阶Zernike 系数面形残差的技术方法。在轴向支撑系统中采用全浮动支撑方式对镜面面形进行控制,采用力作为控制变量的控制模式使镜面产生低阶Zernike 多项式面形变化,进一步修正处理某些不满足合力为零和合力矩平衡的解,成功实现主动支撑补偿低阶Zernike 系数项面形。最后通过Ansys-Workbench 软件仿真验证该计算方法的可行性。     

C/SiC在大口径空间望远镜次镜承力筒的应用

设计并研制了基于C/SiC复合材料的大口径空间望远镜次镜承力筒。首先对C/SiC复合材料的特性以及在空间遥感器领域的应用进行了介绍。其次以某大口径空间望远镜次镜承力筒为例,对不同材料下次镜承力筒的质量、力热性能进行了对比。仿真分析表明:设计的C/SiC复合材料次镜承力筒低至32 kg,相比钛合金筒减轻45.5%;基频为204 Hz,满足设计要求;更易于控制热变形对反射镜面形的影响。最终完成了C/SiC复合材料次镜承力筒的研制和主要物理性能的检测,并进行了力学振动试验考核,对振动前后结构的三坐标测量数据进行了比对。结果表明:次镜承力筒组件的基频良好,振动试验前后频漂低于1%,结构的微位移变化量级在微米级。为应用C/SiC开展空间遥感器大尺寸整体成型支撑结构的设计提供有效的参考价值。     

随机并行梯度下降算法用于次镜校准的仿真研究

将随机并行梯度下降(SPGD)算法应用于共轴三镜系统次镜,无需进行误差测量,可直接通过调节次镜的6个自由度,寻求评价函数的最优值,从而简化了次镜的校准。分析了影响随机并行梯度下降算法校正速度的主要因素,并对其进行优化。仿真计算结果表明,在各参量选取合适的情况下,系统峰谷值及均方根显著改善,从而验证了SPGD算法用于校准次镜的可能性。     

次镜支撑结构硬涂层阻尼减振设计与仿真

为了提高大口径空间望远镜次镜支撑结构的动力学特性,获得更好的成像质量,在对比了目前减振方式优缺点的基础上,提出了一种将阻尼硬涂层涂覆在次镜支撑薄壁梁上进行减振的方法。首先以硬涂层-次镜支撑复合结构综合性能最优为目标分析了硬涂层的最佳涂覆厚度和弹性模量,然后在此基础上用ANSYS分析了次镜支撑结构涂覆硬涂层前后的加速度响应曲线,最后利用Zemax和Matlab等软件分别从镜片刚体位移和镜面面型变化两个角度分析了硬涂层减振对光学成像性能的影响。分析结果表明,在一个6 g量级的正弦激励作用下,涂覆硬涂层后次镜组件在X、Y、Z三个方向上的加速度响应较涂覆前均下降了30%~50%,光学系统成像质量和次镜面型精度也有很大提高。     

空间遥感器Ф2 m量级大口径SiC反射镜镜坯结构设计

空间遥感器的大口径反射镜的设计目标是高比刚度。为限制发射成本,尽可能降低镜体质量;为保证反射镜的功能需求,尽可能提高镜体自身的刚度,随着反射镜口径的增大,反射镜的轻量化设计更加重要。针对某Ф2 m口径天基大口径反射镜镜体的轻量化设计,采用了传统经验设计、拓扑优化设计和尺寸参数优化设计相结合的综合优化设计方法,相对大口径反射镜镜体的传统轻量化设计方法,这种综合优化设计方法可使设计结果快速收敛,获得最优化的设计结构。采用综合优化设计方法完成镜体的优化设计后,Ф2 m口径天基大口径反射镜镜体的质量为326 kg,镜体轻量化率高达82.5%,单镜在光轴竖直状态,在1 g重力载荷作用下,取决于镜体刚度的评价镜体成像质量的镜面面形精度RMS值的变化量优于4.9 nm,单镜在光轴水平状态,在1 g重力载荷作用下,镜面面形精度RMS值的变化量优于4.3 nm。结果表明,镜体质量优于设计要求的340 kg;镜面面形精度RMS值变化量优于设计要求的5 nm,满足了镜体要求的高比刚度要求。     

大口径KDP晶体加工相位扰动与三次谐波转换

根据神光Ⅱ三次谐波转换中的各种现象,分析了晶体中高频周期相位调制的影响。目前国内大口径KDP晶体在中高频段存在强烈周期性相位调制,相位调制周期约20mm,调制幅度约35nm,导致三次谐波近、远场产生明显的强度调制,实验测得三倍频的近场周期条纹对比度在0.1～0.3之间,周期约12mm,理论分析该周期相位调制导致光束下游元件产生自聚焦风险明显增大,并且会引起三倍频远场畸变分裂,可聚焦能力下降。中高频段的周期调制可能来自于晶体加工过程中真空吸附,需要进一步实验判断并在加工中消除周期性的相位扰动。     

大口径硅基空间红外透镜的高精度加工与检测（特邀）

随着红外技术的不断发展,空间大口径红外光学元件的需求日益增长,其各项制造指标也逐渐接近可见光级光学元件的制造要求,由此对新型空间红外光学元件的加工和检测技术均提出了更高的挑战。针对大口径的高陡度超薄硅基红外透镜,提出了以超声铣磨-机器人研抛-离子束精抛为工艺链路的加工方案,改善了传统红外工艺路线存在的低效率、表面高频误差等问题。针对凸非球面轮廓检测中支撑引起的测试误差,在粗抛和精抛阶段分别采用了柔性缓冲支撑与三点强迫位移支撑方法,有效解决了大口径高陡度超薄透镜测试中的支撑变形问题。经过理论仿真与实验验证,证明该测试方法具有较好的一致性。通过改进的轮廓检测方法,实现了轮廓测试中支撑误差的准确分离,有效提升了加工的极限精度。最终大口径红外透镜凸非球面加工精度达RMS λ/50 （λ=632.8 nm）,满足设计指标要求。     

基于空间域差分的φ-OTDR光纤分布式扰动传感器定位方法研究

针对-OTDR光纤分布式扰动传感器偏振衰落导致漏报的问题,提出了一种基于空间域差分的定位方法。在不增加光路器件的情况下,在空间域对探测光强进行差分处理,与现有时域定位方法相结合,通过在时域和空间域分别设置报警阈值,可以有效抑制偏振衰落导致的漏报。对提出的定位方法进行了实验验证,在空间分辨率为50 m、光纤长度为25.05 km的条件下进行多次实验测试,与现有单一时域定位方法相比,漏报率从18.5%降低到2%,报警准确率从76%提高至89%。该研究工作可以为优化和提高-OTDR光纤分布式扰动传感器在实际应用中的技术性能提供理论指导和技术参考。     

离子束溅射参数与Ta2O5薄膜特性的关联性

离子束溅射技术是制备Ta2O5薄膜的重要技术之一。采用正交试验设计方法,系统研究了Ta2O5薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数、沉积速率和应力与工艺参数（基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量）之间的关联性。通过使用分光光度计和椭圆偏振仪测量Ta2O5薄膜透过率光谱和反射椭偏特性,再利用全光谱反演计算的方法获得薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度。Ta2O5薄膜的应力通过测量基底镀膜前后的表面变形量计算得到。实验结果表明:基板温度是影响Ta2O5薄膜特性的共性关键要素,其他工艺参数的选择与需求的薄膜特性相关。研究结果对于制备不同应用的Ta2O5薄膜制备工艺参数选择具有指导意义。     

基于多视场波前传感的次镜位置误差检测方法

大口径分块式主镜空间对地遥感系统在轨工作时,次镜相对于主镜的位置失调会对系统像质产生影响,需对其进行在轨检测与校正。当分块式主镜无中心基准镜时,无法用传统的灵敏度矩阵反演法计算出次镜失调量。为此,提出了一种基于多视场波前传感信息计算次镜位置失调量的方法,采用ZEMAX软件建立了无中心基准的36分块式主镜空间对地遥感系统。针对该系统像差特点,利用不同视场的场依赖波前像差,建立了次镜失调量检测数学模型,开展了仿真研究,结果表明当波前传感误差为1/40（=632.8 nm）时,次镜位置失调量的检测精度X、Y方向平移约为30 nm,倾斜约为15;失调量检测动态范围X、Y方向平移为0~1.5 mm,倾斜为0~0.03。并通过多组实际仿真,验证了所提方法的可行性。     

微光刻与微/纳米加工技术(续)

<正>2下一代光刻技术虽然光学光刻技术为微电子技术突飞猛进的发展立下了汗马功劳,创造了一次又一次的人间奇迹,然而目前集成电路特征尺寸也越来越接近物理极限。为开发研究新一代的光刻技术,近年来世界     

H2+和D2+谐波强度与波长的关系

为了了解H₂+及其同位素分子谐波光谱效率与激光波长之间的关系,采用求解2维薛定谔方程的方法,理论研究了600nm~1600nm激光波长下H₂+和D₂+谐波光谱强度随波长的变化关系。结果表明,光谱强度随波长增大而减小;在短波长区间,H₂+光谱强度减小的倍率要大于D₂+,在长波长区间,H₂+光谱强度减小的倍率要小于D₂+;此外,在弱光强下,H₂+光谱强度总是大于D₂+, 在强光强下,H₂+光谱强度在短波长区间小于D₂+, 而其在长波长区间大于D₂+; 核间距延伸和电荷共振增强电离在H₂+和D₂+谐波光谱强度变化上起到主要作用。这一结果对分子谐波调控是有帮助的。     

基于LMS、lαβ颜色空间的最佳参考方向伪装目标偏振检测

针对复杂背景中伪装目标偏振检测的问题,以中国颜色体系为基础,基于CIE1976L*a*b*颜色空间建立了LMS和l两种颜色空间的256级亮度分量数据表,通过外场偏振检测实验,找到了目标与背景偏振度对比较高时的偏振片最佳参考方向,并研究了这两种空间在此方向上表征偏振信息的优劣和反映偏振检测能力强弱的问题。实验结果表明,以偏振片最大透光方向垂直于入射面为参考方向,在亮照度下,L空间的偏振图相比其灰度图信息量降低甚少,表征目标偏振信息量能力较强;在暗照度下,l空间的偏振图相比其灰度图不仅目标与背景的对比度明显提高,而且对阴影目标检测能力较强,实验结果与人眼观察结果一致。