红外双波段共光路环形孔径超薄成像系统设计

碳化钨合金因其具有高硬度、高耐磨性和高化学稳定性等优点,成为精密玻璃模压模具材料的首选。为了提高碳化钨合金模芯超精密磨削加工的表面质量,基于WC-6%Co碳化钨合金的物理特性,利用Abaqus建立磨削工艺仿真模型,分析了磨削深度、进给速度、砂轮转速及工件转速对WC-6%Co碳化钨合金磨削加工后表面粗糙度的影响规律,并讨论了磨削碳化钨合金的合理工艺参数范围。采用Taguchi法开展优化实验研究,确定出磨削碳化钨合金的最优工艺方案,在该方案指导下,完成了碳化钨合金的非球面模芯超精密磨削实验。最终得到的碳化钨合金模芯的表面粗糙度平均值为3.379 nm,验证了优化方案的有效性。     

埋入混凝土的自感知水泥基传感器受力分析

采用有限元软件ANSYS分析了尺寸、电压电极间距和表面粗糙度对镍粉水泥基传感器与其周围混凝土应力/应变协调性的影响,进而对该传感器的制作参数进行了优化,并对优化传感器埋入混凝土后其自身及周围混凝土的受力状态进行了分析.结果表明:镍粉水泥基传感器的合适尺寸为20mm×20mm×40mm,电压电极间距为5mm,并尽量使其表面粗糙;镍粉水泥基传感器埋入混凝土中的受力状态近似于单轴受力状态,其与周围混凝土的应力差别较大,应变基本协调,将其应用于混凝土结构健康监测时需对测试结果进行修正.     

元宇宙中的动态全息三维显示: 发展与挑战(特邀)

目前,裸眼3D显示技术仍存在亮度低、清晰度差、结构复杂和制造难度高等缺点。为此,提出了一种可同时精确调制RGB像素光线的具有较大周期宽度的离散化谐衍射结构,四组交织排列的谐衍射结构子单元旋转对称分布组成调制三维光场的位相调制面板。使用Tracepro软件对水平方向上两个特定位置处的体像素进行了分光模拟实验。分析了不同台阶近似以及光源斜入射时的衍射效率与总光效的关系,得到16台阶近似时入射角应小于10°的结论。设计的谐衍射结构提升了显示亮度和清晰度,降低了设计与制造难度。得到了一种具有两个观看视角、分离角度为9.4°、最佳观看位置距离屏幕为384.2~402.8 mm的裸眼3D显示方案。

     

超精密飞切二维转鼓用伺服分度装置的研制

针对光学应用领域中二维转鼓的超精密飞切装卡与自动定位需求,设计开发了一套二维转台伺服分度装置。其中二维转台采用方位轴和横滚轴相结合的运动方式来实现二维转鼓超精密飞切时的精密分度调控,然后开发了伺服控制系统并采用一种特殊结构形式的锁紧方式来实现单轴位置分辨率小于2″、重复定位精度小于5″的精确锁紧定位,最后通过连接夹具和胶接工艺的采用综合实现二维转鼓超精密飞切加工负载及精度需要。基于电子经纬仪和超精密机床配套电子拷表对该伺服分度装置进行了测试和分析,表明该装置可以应用于二维转鼓的超精密飞切加工。     

空气间隙对多层衍射光学元件衍射效率的影响

基于多层衍射光学元件的衍射效率表达式,推导出多层衍射光学元件空气间隙与其衍射效率的数学关系,并建立其关系的数学模型。基于其数学模型,分析了空气间隙、周期宽度、工作波长对多层衍射光学元件衍射效率的影响。以8~12μm波段的多层衍射光学元件为例,其基底材料分别是硫化锌（ZnS）和硒化锌（ZnSe）,以特定周期宽度研究了多层衍射光学元件空气间隙大小对其衍射效率的影响。     

水泥基传感器与混凝土的应变协调性分析

为研究镍粉水泥基传感器应用于混凝土结构健康监测过程中传感器与周围混凝土的应变协调性,采用有限元软件ANSYS建立传感器与混凝土模型,计算改变传感器的埋设位置及偏斜角度、混凝土强度等级、荷载大小及类型等条件下传感器与周围混凝土的应力和应变值,并采用传感器与混凝土之间的应变相对差对它们之间的应变协调性进行分析.结果表明:传感器应埋设在应变均匀的中心区域,避免埋在表层;小角度偏斜对监测准确性影响不大;传感器应用于混凝土结构健康监测需综合考虑混凝土强度等级、荷载大小及类型等因素对监测结果的影响;应变相对差可以较好地反映传感器与周围混凝土的应变协调程度.     

基于反馈调试法的锗非球面元件加工技术试验研究

使用单点金刚石车床对晶体锗试验件进行车削制造非球面红外透镜,运用反馈调试的方法校正了加工生产中所产生的面形误差,并使用Bruke X3白光干涉仪和Form Talysurf PGI 1240机械触针式轮廓仪对所加工的试验件所能达到的表面面形精度进行测试,证实此方法可达到所要求的加工精度。     

基于联合像差求解的紧凑型大视场光学设计

大视场光学系统的畸变往往较为严重,畸变会导致图像的扭曲和变形,为了解决这个问题,提出了一种利用自由曲面校正大视场共轴光学系统畸变的设计方法,应用该方法可以在优化后期提升光学系统的指标。基于逐点法、矢量折射定律通过光线追迹的方式,根据原有光学系统的出瞳位置和畸变情况,利用自由曲面对各视场主光线进行偏折,进而对畸变进行校正。给出了设计实例,分别拟合出了自由曲面和非球面。对比结果显示,相比于原系统,自由曲面的加入导致TV畸变从–6.3355%下降到0.0002%,相对照度从65.5%下降为50%,调制传递函数从0.54提高到0.64,蒙特卡洛分析90%概率调制传递函数从0.574提高到0.589。相比于相同位置的非球面,自由曲面对系统的畸变校正能力更强,降低了0.2109%,调制传递函数提升了0.06,并且更具有减小系统切向和矢向之间发散的优势,相对照度降低了0.2%,蒙特卡洛分析结果提升了0.002。证明了自由曲面设计方法对大视场共轴光学系统的畸变有着明显的校正作用,体现了自由曲面在大视场共轴光学系统中有着潜在的重要研究和应用价值。

     

三镜反射式光学系统综述(特邀)

大口径离轴非球面反射镜进行高精度车削过程中,由离心力引起的微米级面形误差变得尤为重要。为了减小离轴非球面反射镜在车削过程中受离心力变形而引起的面形误差,对离轴非球面铝合金反射镜开展了单点金刚石车削工艺研究。通过分析离心力产生机理,构建了抑制离心力坐标变换加工模型;利用有限元仿真的方法优化了坐标变换的平移位移和旋转角度,最后基于优化结果对口径320 mm的RSA6061铝合金离轴非球面反射镜进行车削实验,获得了面形精度为RMS 0.198λ(λ=632.8 nm)的离轴非球面铝合金反射镜,验证了该优化加工方法的有效性。上述优化方式能够显著提高单点金刚石车削加工大口径离轴非球面反射镜的加工精度。