大口径平面光学元件的全金属装夹方案设计

真空环境下大口径光学元件的装夹采用传统有机物无应力装夹方式会带来有机污染等各种问题。设计了一种大口径平面光学元件的夹具和装夹方案,利用金属结构直接装夹大口径平面光学元件,可在降低金属装夹框表面加工精度和光学元件处于任意倾斜角度等情况下,不产生光学元件装夹应力,同时避免了传统有机物无应力装夹而带来的有机污染。可广泛应用于大口径平面光学元件在光学工程、光学实验装置中的装夹。     

大口径光学元件装夹转运结构设计及分析

为了实现大口径光学元件的安全装夹、转运,通过光学元件开槽与不开槽两种装夹方式的分析,得出开槽夹紧转运方式将带来微裂纹、应力集中、成本高等缺陷,提出了利用摩擦力克服光学零件的重力和惯性力的低应力装夹转运方案。通过对光学元件低应力夹紧结构设计,并利用有限元分析方法,得到不开槽装夹方式下,光学元件的最大主应力为1.11 MPa,最大切应力为0.73 MPa,远低于光学元件破坏的强度极限,且受力均匀,无应力集中现象。     

大口径光学元件透射率全口径检测系统研究

提出了利用双光束分光光度和扩束系统相结合方法实现光学元件透射率全口径检测,建立了相应的检测系统,通过实验对系统的透射率检测精度进行分析和验证。结果表明,系统透射率检测精度优于±0.05%,并具有很好的重复性,能够用于ICF系统中大口径光学元件透射率的高精度、全口径检测。     

大口径光学元件的精密检测技术

随着光学元件口径的增大,光学系统对精度的要求提高,传统干涉仪检测手段已经不再满足要求.为了提高制造效率,需要适当的在线检测技术和多工段检测手段.结合现阶段系统研制的需要,介绍了子孔径拼接干涉榆测技术、数字刀口检测技术以及红外干涉检测技术,分别对其基本原理和具体应用进行了分析.     

大口径精密光学元件低应力支撑结构研究

为了实现倾斜安装放置状态的大口径精密光学元件低应力支撑结构分析设计,采用有限元分析方法,对45°倾斜角安装放置的精密光学透镜在自重作用下的镜面面形进行了研究。首先,建立了光学透镜不同胶结结构的有限元模型,从镜面对角线横截面自重变形及镜面面形的波面误差两方面,分析了两种胶结分布方式及不同胶点大小对镜面面形的影响。然后,在胶结结构基础上,建立了不同镜框支撑结构有限元模型,从镜面面形的波面误差方面,分析了支撑力分布方式对镜面面形的影响。最后,设计了胶结及镜框支撑的低应力支撑结构。分析结果表明,采用胶点直径为30 mm,矩形分布形式胶结,侧面均匀方式支撑镜框时,镜面面形的波面误差PV值为16.608 nm,RMS值为7.9385 nm,满足瑞利判据的要求,验证了支撑结构的合理性。     

大口径光学元件精密加工温差分析及控制方法

针对大口径光学元件精密加工时上下表面存在温差的问题,以环形抛光系统为例,对抛光盘和工件温度特性进行了研究。在1.6m环形抛光机上对工件温度进行了测定,结果表明即使在低速抛光情况下工件上下表面也会产生较大的温差。提出了合理搭配工艺参数和对工件非加工面绝热两种温差控制方法。通过采用控制变量法和对工件绝热抛光法进行测温实验验证了方案的可行性,为高精度面形加工奠定了基础。     

基于dOTF的大口径透射光学元件检测技术

为了保证在重力变化下大口径巡天望远镜透镜组的成像质量,需要研究一种可以适用于大口径透镜组的波前检测方法,用于实现系统装调检测。首先,基于差分光学传递函数（differential optical transfer function,dOTF）建立了一套波前对准检测技术,在此基础上,分析了运算过程中相位解缠,CCD探测噪声以及大气扰动对检测算法造成的误差影响,结果表明检测误差分别小于10%、1%和2.5%,经过叠加可得整体的测量精度约为10.3%,满足一般大口径大视场检测系统设计指标。最后针对80 mm的透射式系统进行验证,由实验结果得到波前检测主要成分为彗差,与理论分析结果一致,符合几何光学预测结果。     

平差理论在大口径光学元件轮廓检测中的应用

为了更好地进行大口径光学元件轮廓测量,以激光跟踪仪作为测量的工具,引入测量平差理论对测量数据进行处理,以提高光学元件毛坯制作、铣磨加工阶段的轮廓测量精度。首先,对拟合误差的公式进行了推导,得出影响拟合精度的因素;之后,对于大口径元件轮廓测量的具体检测模型提出了提高拟合精度的方法;最后,对于实际的2 m量级口径的SiC主镜进行了实际的测量与拟合,并从F数、拟合残差、结构函数等角度分析了平差结果。所提出的方法对于大口径元件的加工检测具有较好的指导意义。     

大口径光电设备温度补偿模型研究

大口径光电设备作为多领域探测的主要工具,具有探测能力强、细节分辨清晰等特点.但受光学原理的限制,大口径光电设备对高精度调焦的依赖度较高,而温度是造成图像质量降低的重要因素之一.为补偿温度对大口径光电设备的影响,分析了系统等效焦距与温度之间的理论关系,仿真分析了传统温度补偿模型的局限性.为实现温度与焦距的精确建模,引入一阶傅里叶函数模型,实现了温度与焦距之间的精确拟合.最后通过对比传统线性模型与一阶傅里叶函数模型在工程中的适用情况,表明一阶傅里叶函数补偿模型的准确性远高于线性补偿模型.同时所提模型关系简单,实现容易,可在大口径光电设备设计、检测中使用,也可用于温度调焦.     

大口径平行光管在多光轴探测器光轴平行性测量中的应用

在简要介绍大口径平行光管测量系统的组成及工作原理的基础上,借助于该原理对光电测量装置进行了室内多光轴平行性标校测量,通过制作标准激光靶,利用感光相纸对激光光斑进行聚焦采集,实现了对电视/红外/激光三者光轴一致性的标校,使电视/红外光轴与激光光轴不平行度分别达到指标要求,取得了很好的效果.     

基于重组蛛丝蛋白的多层级瞬态衍射光学传感元件

针对传统衍射光学元件(DOE)与MEMS加工工艺难以兼容、传感应用方面灵敏度低的问题,提出了一种基于基因重组蛛丝蛋白材料、利用热纳米压印工艺制成的多层级瞬态可溶DOE。重组蛛丝蛋白性能可按需定制,重复性高,具有极佳的生物相容性,高精度、高效率、低成本的纳米压印工艺可实现DOE的快速制备,同时控制其降解速率。纳米压印工艺制备的重组蛛丝蛋白DOE最小特征尺寸可达2μm,衍射图案强度为杂散光强度的12倍。随着元件的降解,DOE的衍射图案效率降低,说明了DOE所携带信息随其可控溶解而溶毁,从而可以实现信息的多层级溶毁及生物传感领域的多层级药物实时释放监测。     

Non-Volatile Optical Switch Element Enabled by Low-Loss Phase Change Material

Mach–Zehnder interferometers (MZIs) integrated with phase-change materials have attracted great interest due to their low power consumption and ultra-compact size, which are favored for reconfigurable photonic processors. However, they suffer from a low optical extinction ratio and limited switching cycles due to high material loss and poor reversible repeatability caused by material degradation. Here a non-volatile electrically reconfigurable 2 × 2 MZI integrated with a low-loss phase-change material Sb₂Se₃ encapsulated in Al₂O₃ layers is demonstrated. The phase change is electrically actuated by a forward-biased silicon p-i-n diode. The switch extinction ratio is more than 20 dB due to the low-loss Sb₂Se₃-based phase shifter. By dividing the Sb₂Se₃ patch into small sub-cells to restrict the material reflow, more than 10 000 reversible phase-change cycles and 6-bit multilevel switching states are achieved by programming the electrical pulses. Its non-volatility, high endurance, and fine-tuning capability makes the device promising in large-scale low-power reconfigurable photonic processors.     

抗反射膜对衍射光学元件衍射效率的影响分析

针对抗反射膜引入的附加位相,分析了衍射光学元件的衍射效率,提出了含有抗反射膜的衍射光学元件的优化设计方法。以工作在可见光波段的衍射光学元件为例,对比分析了采用传统方法和优化方法设计的衍射光学元件的衍射效率。结果表明:抗反射膜对衍射光学元件的衍射效率和带宽积分平均衍射效率的影响是不可忽略的。针对正入射和30°斜入射两种工作状态,采用优化设计方法得到的衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率高于94%。     

基于有限元分析法的激光剥离技术中GaN材料瞬态温度场研究

用有限元分析法模拟计算Al2O3／GaN的激光剥离，分析了采用不同能量密度脉冲激光辐照时GaN材料内的瞬态温度场分布。采用波长248nm的KrF准分子激光器对Al2O3／GaN样品进行激光剥离实验。实验结果与有限元数值模拟结果一致。分析了影响GaN材料温度场分布的因素，在激光光源一定的条件下，温度随时间和深度变化较快。在实现激光剥离时，脉冲激光的能量密度应不低于阈值条件，但为了避免温度过高对器件产生损伤，脉冲激光的能量密度存在上限。多脉冲激光辐照时，脉冲频率是另一关键参量，计算得到了不同能量密度的脉冲激光辐照时频率的选取范围。     

MPNIM结构光致变电容效应

本文报告了作者之一首先发现的MPNIM(金属-P型半导体-N型半月比-绝缘体-金属)结构的光致变电容效应。基于该效应已研制出新器件:半导体双向光控变容器.新器件的电容值与入射光强的关系,光谱响应特性,频率特性,C-V特性,温度特性已被研究.     

衬底温度对氧化钛薄膜的光学常数影响

采用沈阳CK-3高真空磁控溅射薄膜沉积设备在K9玻璃衬底上分别制备了衬底温度为150℃、200℃和250℃的氧化钛薄膜。XRD分析显示这三种温度制备的薄膜由于制备温度不高均没有明显衍射峰,为非晶薄膜。薄膜的光学常数由德国SENTECH SE 850型光谱型椭偏仪对薄膜测试得到,测试波长为300 nm～800 nm,采用Cauchy模型对测试结果进行拟合。结果发现随着制备衬底温度的增大,薄膜的折射率n和消光系数k都随着增大。在衬底温度从150℃增大到250℃时,薄膜的光学带隙从3.46 eV减小到3.02 eV。     

温度暂态效应对光纤陀螺性能的影响及其减小措施

对温度暂态效应影响光纤陀螺零偏特性的机理进行了详细的理论分析,提出了几种消除温度暂态效应对光纤陀螺性能影响的方案,尤其是四极对称缠绕技术对提高光纤陀螺的温度特性具有更为明显的效果.     

Anisotropic Crystal Plasticity Finite Element Modeling of the Effect of Crystal Orientation and Solder Joint Geometry on Deformation after Temperature Change

The crystal orientation of the tin phase in a Pb-free Sn solder joint has a significant effect on the stress state, and hence on the reliability of the solder joint. A set of crystal plasticity analyses was used to evaluate stress and strain resulting from a 165°C temperature change in a single-crystal joint using two simplified geometries used in practical solder joints. Phenomenological flow models for ten slip systems were estimated based upon semiquantitative information available in the literature, along with known anisotropic elastic property information. The results show that the internal energy of the system is a strong function of the tin crystal orientation and geometry of the solder joint. The internal energy (and presumably the likelihood of damage) is highest when the crystal c-axis lies in the plane of the substrate, leading to significant plastic deformation. When the a-axis is in the plane of the interface, deformation due to a 165°C temperature change is predominantly elastic. The texture of the copper substrate using isotropic Cu elastic properties, or anisotropic elastic properties with [001] substrate normal direction, does␣not have a significant effect on the stress or strain in the Sn phase of the joint.