大型衍射光栅刻划机刀架导轨设计

根据衍射光栅刻划机刀架导轨的精度指标要求以及刻划机的整体结构,设计了刀架导轨并建立了三维模型。运用ANSYS软件进行了刀架导轨静力学分析,分析结果表明,设计的刻划机刀架导轨满足其精度指标要求。     

母光栅刻划设备运动平台机械误差分析

为了确定母光栅刻划设备运动平台各项机械误差与设备最终刻划精度之间的数学关系,为设备的设计和制造提供相关理论依据。首先,采用多体系统动力学方法,确立了母光栅刻划设备运动平台的拓扑结构及低序体阵列。然后,分析确定了运动平台的机械误差所包含的各个误差项,并建立了运动平台机械误差与设备最终刻划误差之间的误差分析模型。最后,应用Matlab软件根据所建模型对母光栅刻划设备的刻划精度进行了仿真分析。仿真结果表明:各项机械误差综合结果在各轴向的分量都在±0.4μm范围之内,均满足母光栅刻划设备精度要求。所建立的误差分析模型具有简洁方便、便于编程等优点,可以作为设备设计时误差合成和误差分配的依据。     

利用傅里叶合成法改变全息光栅的槽型结构

全息光栅在很多分光仪器中有着广泛的应用．全息光栅在应用中,显示出很多优于刻划光栅的特性．然而,由于制作全息光栅的方法不同,会得到不同的光栅槽型结构．一般的全息光栅具有正弦形结构,其衍射效率低于刻划光栅的衍射效率．笔者介绍了利用傅里叶合成法制作具有近似锯齿形槽型的全息光栅,其＋ １ 级的衍射效率超过５０％     

我国大型高精度衍射光栅刻划系统项目实施

由国家光栅制造与应用工程技术研究中心申请的国家重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统”获得批准。     

衍射光栅制造技术的发展

衍射光栅巳广泛应用于国防、科研和国民经济的许多领域，因此跟踪世界先进的衍射光栅制造技术具有十分重要的意义。文中对衍射光栅制取的两个重要方法—刻划光栅与全息光栅的原理和技术发展进行了阐述，并指出了衍射光栅制造技术的发展趋势。     

圆光栅刻划误差的自动校正

指出了提高圆光栅刻划精度的途径，并给出刻划误差自动校正的方法，通过对误差差源的分析，找出主要误差的变化工导出其数学表达式，利用微机控制的专门装置，使光栅在刻地转动一个附加角度，从而自动校正刻划误差。     

基于光纤布拉格光栅的流量测量方法

为了实现液压管路流量测量的需求,提出了一种使用固支梁作为流量转换单元的光纤光栅流量测量方法。为了克服单个光纤布拉格光栅传感器对温度交叉敏感的问题,设计出了一种基于双光纤布拉格光栅的流量测量结构。固支梁由芯杆和套管套合而成,两根光纤布拉格光栅穿过芯杆的凹槽,两端采用耐高温胶固定封装。用有限元软件对管路及传感结构周围的流体进行了模拟分析,同时进行了砝码加载实验、温度实验和液压管路实验。封装后的传感器的载荷响应灵敏度为0.990 7nm/kg和0.881 5nm/kg,两根光纤布拉格光栅对温度的灵敏度几乎一样:0.028 7nm/℃和0.025 9nm/℃,所以可以消除温度对流量测量的影响,由于实验系统的影响,该流量传感器的测量范围为0.001 7～0.6L/s。结果表明,该结构能够有效地消除温度和应变交叉敏感,特殊的封装结构避免了光纤布拉格光栅受流体的腐蚀,对载荷具有较好的线性度和灵敏度。     

卫运河特大桥的光纤光栅智能监测系统

介绍了所设计的卫运河特大桥的光纤光栅智能监测系统，提出了光纤光栅的具体布设方法．在主桥施工过程中成功布设了129个光纤光栅传感器，利用光纤光栅智能监测系统，对主桥预应力张拉过程中钢筋和混凝土的应变过程进行了监测与安全性评估，将混凝土、钢筋应变的实测值与有限元模拟的计算值进行了比较，发现两者吻合较好．实践表明：光纤光栅传感技术在可靠性、稳定性和耐久性上能够满足桥梁长期健康监测的需要，性能明显优于传统的电子传感技术。     

光电式光栅刻划机干涉控制系统及精度分析

采用莫尔条纹法对光栅干涉仪在工作过程中产生的干涉条纹进行分析,利用莫尔条纹的平均误差作用减少光栅刻划过程中的局部误差。实验研究表明,该方法控制光栅刻划机刻划出300l/mm和600l/mm的光栅,受环境影响小、结构简单且装调方便。     

软X射线波段透射光栅检测系统

目前,透射光栅被广泛地应用于软X射线波段光谱测量当中。但由于在软X射线波段几乎所有材料都有非常明显的吸收,因此利用传统方法很难在该波段对透射光栅进行检测。为了检测透射光栅在软X射线波段的光谱分辨本领,我们基于掠入射理论,采用凹面反射光栅单色仪配X射线CCD相机组成一套软X射线波段透射光栅检测装置。首先利用He空心阴极光源的30.38nm、53.70nm和58.43nm三条线谱对透射光栅检测系统进行波长标定。然后更换激光等离子体光源,测量并得到了金自支撑式透射光栅在6.67nm和9.10nm两个波长位置上一级衍射位置和一级衍射光谱线宽度,利用半宽度法计算并得出在以上两个波长位置时被测透射光栅一级谱所能分辨的最小波长差为2.38nm和2.05nm。实验结果表明该投射光栅检测系统完全可以应用于软X射线波段透射光栅检测工作当中。     

光栅刻划机工作台导轨结构形式选择及试验

选择刻划机工作台导轨结构时主要考虑爬行以及超精密研磨。试验结果表明,滚柱导轨在不同刻划方式下不存在爬行现象,又便于进行超精密研磨加工以保证直线性精度,成为光栅刻划机工作台导轨的首选结构形式。     

光栅刻划系统等速凸轮机构设计

从光栅刻划机的实际应用出发,推导了一种适用于低速运动的等速凸轮的轮廓线计算公式,并对凸轮的振动情况进行了模态分析及实验验证。     

光栅刻划机导向导轨支撑结构刚度优化设计

运用有限元手段对刀桥导轨的刚度进行了有限元分析,得到了刚度方面的分析结果和模态分析结果,并在不同位置加40N载荷进行实验验证。在此基础上,对原有的结构进行一体式结构优化设计。有限元分析结果表明,刀桥底座刚度有了大幅度的提高,一阶频率由原来的690.26Hz提高到998.73Hz,一阶振型的方向也从直接影响刻划的水平方向变为对刻划不敏感的垂直方向。     

紫外全息凹面光栅离子束刻蚀技术

通过对引出的平行离子柬流外加可控磁场,可以实现离子束流偏转。该方法实现IV型凹面光栅沿曲面不同闪耀角离子束刻蚀,能够获得高衍射效率的IV型凹面光栅。经过理论设计计算出理想的IV型凹面光栅闪耀角,利用全息曝光一弯转离子束刻蚀工艺制作出尺寸45mm×40mm,波长250nm处衍射效率达67％,入臂200mm,出臂188mm,曲率半径224mm的IV型凹面光栅。同时,利用平行离子束流制作了相同参数的IV型凹面光栅,其250nm处的衍射效率为30％。实验结果表明,利用弯转离子束流制作IV型凹面光栅的方法简单易行,并能够精确控制离子束流实现高衍射效率的IV型凹面光栅制作。     

光栅转矩测量系统的研究

介绍了一种基于结构简单测量精度高的新型转矩传感器－－光栅转矩传感器的转矩测量系统，重点介绍了光栅转矩传感器的基本结构，光栅转矩传感器的转矩测量系统的基本组成与工作原理，详细论述了光栅转矩传感器存在的机械误差与电气误差及产生这些误差的原因，提出了克服这些误差的方法－－数字滤波方法的非线性补偿方法。通过给出的样机系统的实验结果，证明该光栅转矩测量系统的测量精度与电磁式转矩传感器相当，是一种较理想的静态，动态平均转矩的测量工具，有实用价值，可望得到推广应用。     

软X射线波段透射光栅衍射效率检测系统

为获得透射光栅在软X射线波段的各级衍射效率,利用凹面反射光栅单色仪加激光等离子体光源组成一套软X射线波段单色系统,并以He空心阴极光源所发射的30.38、53.70、58.43nm三条谱线做为标准点,通过建立拟合曲线方程的方法对该单色系统进行波长标定。然后以背照射CCD(charge-coupled device)做为接收元件,对金自支撑式透射光栅在85～900eV能区范围内的多个能量点进行了衍射效率的实验标定,获得了该透射光栅一级相对衍射效率和零级绝对衍射效率的标定结果。同时利用准梯形栅线模型对该透射光栅在软X射线波段范围内的衍射效率进行理论计算,得到了该透射光栅一级相对衍射效率的理论曲线,模型计算结果与实验标定结果基本符合。最后,利用实验中得到的零级绝对衍射效率和模型计算的一级相对衍射效率结果拟合出了该透射光栅一级绝对衍射效率曲线。     

光子晶体光纤光栅谐振波长的特性研究

应用多极法理论和传输矩阵法,对基于包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的布喇格光栅特性进行了计算和仿真。对比研究了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布喇格光栅反射谱之间的差异,重点研究了光子晶体光纤的结构参数变化（间隙孔半径、层数）与光子晶体光纤光栅的谐振峰变化规律。当光子晶体光纤的间隙孔半径增大时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现蓝移;当光子晶体光纤的间隙孔径不变而层数增加时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现红移。     

相位掩膜法制作光纤布拉格光栅的研究

光纤光栅是一种新型的光纤器件,在光纤通信和光纤传感等领域有重要的应用。本文介绍了光纤布拉格光栅的光学特性和光谱特性,介绍了相位掩膜法制作光纤光栅的相关实验。在激光脉冲能量300m J、激光脉冲重复频率8Hz、成栅时间160 s的实验条件下,获得了中心波长1083nm、带宽0.1nm、反射率99.96%的高质量光纤光栅。     

波导的弯曲对阵列波导光栅传输特性的影响

依据阵列波导光栅(AWG)的传输理论,在中心波长为1550.918 nm、波长间隔为0.8nm的条件下,对33×33信道聚合物AWG波分复用器进行了参数优化,分析了阵列波导的弯曲对器件传输性能的影响。分析结果表明,波导的弯曲将使AWG中的传输光产生相移,引起传输光谱的漂移和串扰的改变。本文所设计的AWG器件的光谱漂移约为0.01 nm,远远小于波长间隔0.8 nm,串扰的变化也很小。