车载大口径FSM用SiC反射镜制备工艺研究

为了获得高面形精度、高反射率的轻质反射镜,选用SiC为基底材料,对反射镜的加工制备工艺进行了深入研究。首先从车载大口径FSM中平面反射镜的应用需求出发,提出了反射镜的主要设计指标。然后,针对反射镜的轻量化结构采用反应烧结法获得镜坯,并通过机械加工使其接近成型;继而采用物理气相沉积法对SiC反射镜进行表面改性处理,进而采用古典抛光法对反射镜进行光学精加工;最后在反射镜的工作表面镀覆金反射膜。在完成车载大口径FSM用SiC反射镜的加工制备后,对反射镜的面形精度和反射率进行了实验检测。结果显示:SiC反射镜的面形精度(RMS值)优于λ/30;对中波激光的反射率约为98.0%,对长波激光的反射率约为98.2%;均满足车载大口径FSM的应用需求。     

文摘

《Optical Engineering》Vol.36,No.1—3,1997主要文章摘要1.用于极紫外波段的化学蒸镀光学膜SiC反射镜(No.1,1997)光学镀膜和材料技术的进展提高了工作在极紫外波段的仪器效率。化学蒸镀SiC反射镜使正入射光学仪器的波长降到60nm。用化学蒸镀SiC的方法,容易抛光成超光滑表面。由于超光滑表面具有很低的散射率,很高的反射率和良好的机械和热特性,因此,此种材料和镀膜方法在极紫外波段应用中受到关注。本文对SiC硅反射镜在极紫外波段性能、强度及问题作了详细论述。     

高体份SiC/Al反射镜在空间光学应用可行性的分析

简述了空间遥感器设计中反射镜材料选择的重要性及影响。对SiC和SiC/Al复合材料与常用光学材料的空间应用综合品质因子进行了比较,SiC材料的综合品质因子为8072.92,高体分SiC/Al复合材料的综合品质因子为1 687.50。并对高体分SiC/Al复合材料应用在反射镜上的光学性能进行了检测。检测结果得出材料的表面粗糙度能够达到1.49 nm,小于5 nm;反射率达到95%以上,能够满足反射镜的性能要求。对采用高体分SiC/Al复合材料作为反射镜和背板材料的相机结构进行分析。分析结果得出整体结构前三阶模态为115 Hz,120 Hz,203 Hz,满足空间遥感器大于100 Hz的技术要求,各反射镜的面形精度满足RMS≤1/50λ(λ=632.8 nm)的技术要求。各项测试数据和有限元分析结果表明,高体份SiC/Al复合材料作为反射镜在空间光学中应用是可行的。     

基于SiC材料的空间相机非球面反射镜结构设计

针对空间相机中优质轻型光学反射镜对材料提出的要求,详细讨论了设计基于SiC材料空间反射镜的一系列问题,包括径厚比的选择、支撑点数量、轻量化结构形式、材料特性匹配等,提出了一种背部半封闭、三角形孔的轻量化形式,并设计制造了 Φ600 mm轻量化SiC反射镜实验件。抛光后反射镜面形精度优于λ/20 rms。为验证重力变形的影响,将反射镜分别旋转了90°和180°,用Zygo干涉仪检验,3个方向检测结果误差均小于λ/100 rms。在此基础上设计完成了某空间相机中的SiC非球面主镜、次镜、第三镜,结果表明基于SiC材料的反射镜在重力变形、谐振频率、热变形等方面均能满足使用要求,而且与玻璃材料相比,在很大程度上降低了重量。     

超轻量化反射镜:C/SiC的最新进展

在实现光机系统轻量化的进程中全陶瓷反射镜愈来愈引起人们的注意，本文描述了DSS和IABG联合开发的C/SiC陶瓷，它由一种新颖的直接制备工艺获得，并具有优异的光学机械性能，因此人们可以比较自由地对其进行设计，这项工艺不仅可以制备形状相当复杂的超轻量化反射镜，而且可以制备大尺寸的三维结构件，目前已经实现了8声东击西cm反射镜和2.5m结构件的制备，本文概述了1m和1m以上反射镜制备技术的最新进展，并且报道了在研制高质量光学表面工艺方面的最新成果，最后，介绍了C/SiC技术的未来应用前景，例如，用下一代地基或天基望远镜的2.5m反射镜的制备。     

大口径SiC反射镜的焊接加工和测试

SiC是目前空间用大口径反射镜的首选材料,随着空间光学系统的发展,出现了1m以上空间用SiC反射镜的需求.对该反射镜采用焊接拼接然后再进行加工可以节约成本,降低风险.作为演示实验件,首先,对直径为600mm的焊接SiC反射镜进行了焊接拼接,粗磨成型、精细研磨和粗抛光.然后,采用CCOS技术对反射镜进行了精抛光,并分析了...     

大口径空间反射镜组件结构设计与分析

设计了某1.2 m口径的空间光学反射镜结构及其支撑结构系统。首先,合理选取了反射镜及其支撑结构的材料。从反射镜镜坯制作工艺、力学特性、热特性以及反射镜重量等因素考虑,最终选取基于反应烧结SiC材料的背部半开放式扇形轻量化孔的反射镜结构形式,反射镜设计重量为87.6 kg,轻量化率达到79%。其次,确定了在光轴水平状态下进行检测装调的方案,并进行其支撑结构的设计,采用3个双轴柔性铰链从背部对反射镜支撑,使大口径反射镜同时满足静态刚度、动态刚度、强度和热尺寸稳定性的要求。最后,对反射镜进行了组件级有限元分析。结果表明,反射镜在X向重力和4℃均匀温升作用下面形RMS分别为7.8 nm和9.4 nm,反射镜组件一阶固有频率为153 Hz,满足设计指标要求。     

空间光学遥感器SiC反射镜连接技术综述

SiC在空间光学遥感器光机结构当中有广阔的应用前景,SiC反射镜连接技术是SiC工程应用的关键技术。本文综述了适用于SiC反射镜连接的各种方法,重点介绍了它们的原理、特点、适用范围及工程应用,为国内SiC反射镜的研制提供了参考。     

SiC电力电子器件研究现状及新进展

由于硅材料本身的限制,传统硅电力电子器件性能已经接近其极限,碳化硅(SiC)器件的高功率、高效率、耐高温、抗辐照等优势逐渐突显,成为电力电子器件一个新的发展方向.综述了SiC材料、SiC电力电子器件、SiC模块及关键工艺的研究现状,重点从材料、器件结构、制备工艺等方面阐述了SiC二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结晶型场效应晶体管(JFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)及模块的研究进展.概述了SiC材料、SiC电力电子器件及模块的商品化情况,最后对SiC材料及器件的发展趋势进行了展望.     

某空间用主反射镜的设计

随着空间技术的发展,空间相机反射镜尺寸不断增大。本文简述了某空间相机的大尺寸SiC主反射镜的设计。从材料选择、反射镜支撑方式、方射镜轻量化等方面进行了分析讨论,并通过有限元分析软件对所设计主反射镜在重力载荷和温度载荷情况下的面型变化,以确定设计是否满足使用要求,为反射镜的设计提供依据。     

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。     

碳化硅表面硅改性层的特性研究

为了获得具有高质量光学表面的非球面碳化硅反射镜,需对碳化硅反射镜表面进行改性。介绍了离子束辅助沉积硅的碳化硅表面改性技术。对改性样片表面硅改性层的机械性能、光学加工性、表面粗糙度及反射率等特性进行研究。实验结果表明,碳化硅表面的硅改性层具有优良的机械性能和良好的光学加工性。光学抛光后,碳化硅表面硅改性层的表面粗糙度为0.85nm[均方根(RMS)值],在可见光波段反射率最高可达98.5%(镀银反射膜)。采用数控加工方法对口径为Ф600mm的表面改性离轴非球面碳化硅反射镜进行加工,最终反射镜面形精度的RMS值达到0.018λ(λ=0.6328μm),满足高精度空间非球面反射镜的技术指标要求。     

光学系统主镜组件的轻量化设计及结构-热分析

根据某型卡塞格林系统主反射镜组件的设计要求,在遵循主镜支撑结构材料的线膨胀系数与主镜材料相匹配原则的基础上,采用有限元分析和参数优化设计相结合的方法,设计和分析了3套主镜组件方案.结果表明,在结构参数相同情况下,SiC主镜的静态、动态性能优于熔石英和K9主镜.对SiC主镜进行轻量化参数优化后,得到了直径为256 mm、质量仅为1.22 kg的镜体.通过对3种方案主镜组件的结构-热分析表明,主镜及其支撑结构均采用SiC材料的第3种主镜组件方案,消除了材料间的热膨胀错配,主镜面的变形误差完全满足设计要求,综合性能优于其它两种方案.     

SiC/Mg multilayer reflective mirror for He-Ⅱ radiation at 30.4 nm and its thermal stability

In applications of solar physics, extreme ultraviolet imaging of solar corona by selecting the HeⅡ (λ = 30.4 nm) emission line requires high reflectivity multilayer mirrors. Some material combinations were studied to design the mirrors working at a wavelength of 30.4 nm, including SiC/Mg, B4C/Mg, C/Mg, C/Al, Mo/ Si, B4C/Si, SiC/Si, C/Si, and Sc/Si. Based on optimization of the largest reflectivity and the narrowest width for the multilayer mirror, a SiC/Mg material combination was selected as the mirror and fabricated by a magnetron sputtering system. The layer thicknesses of the SiC/Mg multilayer were measured by an X-ray diffractometer. Reflectivities were then measured on beamline U27 at the National Synchrotron Radiation Laboratory (NSRL) in Hefei, China. At a wavelength of 30.4 nm, the measured reflectivity is as high as 38.0%. Furthermore, a series of annealing experiments were performed to investigate the thermal stability of the SiC/Mg multilayer.     

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。     

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。     

低温反射镜组件结构设计与支撑特性分析

红外光机系统在低温环境工作能够抑制背景噪声提高探测灵敏度,也提高了反射镜组件结构设计难度。低温反射镜支撑结构设计主要问题是由反射镜与连接件热线胀系数不同导致的温度变化工况下的面形变化。对工作于240 K的?450 mm反射镜组件进行结构设计,反射镜材料为SiC,连接件材料为殷钢,采用背部中心单点支撑形式与三角形轻量化形式,并设计柔性连接件提高低温面形表现。对主要设计参数进行优化分析,得到各参数对面形的影响曲线。优化后,反射镜光轴方向重力面形为8.585 nm,径向重力面形3.710 nm,240 K低温面形5.086 nm,一阶模态277 Hz,轻量化率89.4%。     

碳化硅光学表面数控抛光工艺参数的优化与选择

随着空间应用技术和激光技术的迅猛发展,对光学系统提出了更高的要求;碳化硅材料以其一系列优秀的物理性质,成为一种特别具有应用前景的反射镜材料;碳化硅反射镜光学表面的光学加工研究也在国内外广泛开展。对碳化硅光学表面的抛光机理进行简要讨论;对实验方法、步骤和条件进行了介绍;定性地对碳化硅材料的抛光过程进行了讨论;通过大量的工艺实验和理论分析了对抛光盘转数、磨料粒度、抛光盘材料、抛光盘压力、抛光盘转速、抛光液酸碱度等工艺参数对碳化硅光学表面抛光效果的影响进行了讨论,并对工艺参数进行了优化和选择。