基于空间频率评价磁流变抛光非球面中频误差

基于空间频率的概念,提出磁流变抛光非球面表面波像差的相移评价算法,根据位相与表面高度差之间的关系,计算出元件表面上各点的实际高度差.通过规划表面残余误差与抛光工艺参数之间的关系,确定能够有效消除表面残余误差的磁流变抛光工艺规范,制造成功在20 mm通光口径内面形精度达到20 nmRMS(均方根值)的非球面曲面.该方法克服了传统评价方法的局限性,为深入开展纳米精度磁流变抛光技术提供有力的技术储备.     

离轴非球面零位补偿检验的三坐标装调技术

在离轴非球面的零位补偿检验中,为了高精度地检测非球面参数,提出了应用三坐标测量的方法定位零位补偿检验检测光路。建立了应用三坐标测量装调零位补偿检验检测光路的物理模型,计算机求解被检镜的空间方位失调量,实现检测系统的辅助装调。以1个200 mm×100 mm矩形离轴非球面反射镜为例,进行了方法介绍和精度分析。该种方法采用统一坐标系下的绝对测量,唯一定位被检非球面的空间位置,避免位置耦合现象;应用三坐标测量被检非球面的离轴量、补偿器与被检镜之间的光学间隔的精度分别为0.036 mm和0.025 mm,其公差要求分别为±0.25 mm和±0.3 mm。因此,在1 m左右腔长的检测中,可以实现高于被检参数误差1个数量级的高精度检测,为获得正确的离轴非球面加工与检验提供了可靠的技术保障。     

Use of Virtual Medium in Designing of the CGH Wave Front Generator for Aspheric Testing

Design method and procedures of computer-generated hologram (CGH) used for aspheric test are introduced in detail. For CGH phase calculation, virtual medium which has zero refractive index at given wavelength is used to model ideal aspheric wavefront. Reflective Fresnel zones located in a ring area concentric to the CGH structure is designed to reduce or eliminate alignment errors. Substrate figure error, pattern distortion, etching and duty cycle variations that influence the reconstructed wavefront are quantitatively analyzed in theory and corresponding error equations are obtained to guide the tolerance distribution during CGH fabricating. A design example is given and the uncertainty of measurement achieves λ/20.     

小口径非球面的超精密车削和抛光组合加工

针对目前小口径非球面零件在超精密加工中存在的加工效率和加工精度等问题,分析了现今小口径非球面超精密加工方法及其特点,提出了一种超精密金刚石车削和斜轴磁流变抛光超精密组合加工方法．其中小口径非球面斜轴磁流变抛光方法的特点是抛光主轴采用倾斜安装,并且抛光头由外部旋转抛光体和内部励磁装置两部分构成．通过开发新型的小口径非球面超精密复合加工装备,对小口径单晶硅非球面进行了超精密组合加工实验．实验结果表明工件的表面粗糙度R。由车削后的9．1nm下降到抛光后的3．2mm,证明了该组合加工工艺是提高小口径非球面加工效率和精度的一种有效加工方法．     

非球面等去除量磨抛加工中的变速运动模型

针对回转对称非球面的抛光工序,本文提出了一种点接触式的磨抛工艺以及实现等去除量磨抛加工的数控设备运动模型。磨抛工艺基于数控光学表面成形技术及Preston假设,采用筒形磨抛轮对回转对称非球面进行点接触式磨抛加工.在加工过程中,数控设备各轴的运动为变速运动,即工件的转速及磨抛轮的进给速度随着加工位置的改变而改变。通过对该变速运动模型进行求解,并由数控加工设备进行精确控制,从而实现等去除量的磨抛加工。实验结果表明,该变速运动模型能够很好地实现回转对称非球面的等去除量磨抛加工。     

大口径离轴非球面加工中能动磨盘面形分析

利用齐次坐标变换理论分析了计算机数控能动磨盘加工大口径离轴非球面反射镜时磨盘底面需要形成的实时面形,给出了通用的盘面实时轮廓的计算方法.以NST(新太阳望远镜)的离轴抛物面主镜参数为例.给出了用现有能动磨盘加工时盘面形状及磨盘变形量的计算结果,并将该方法用于两块轴对称非球面(Φ1 030 F/1.6椭球面和Φ1 250...     

基于密度峰值多起始中心的融合聚类算法

经典[K]-Means算法不能有效处理非球型数据集的聚类问题,且聚类目标数需预先指定。SMCL（Self-adaptive Multiprototype-based Competitive Learning）算法是一种[K]-Means的改进算法,它引入Multi-Prototypes机制,并将距离相近的Prototypes所代表的样本簇融合成聚类簇。在SMCL算法基础上提出DP-SMCL（Density Peak-SMCL）算法,使用密度峰值聚类算法确定初始聚类中心集,借助1-D高斯混合概率密度模型合并以Prototypes为中心的相近子簇来获得精确聚类结果。实验结果表明,DP-SMCL算法可应用于非球型数据集聚类,且能自动确认聚类的目标类别数,相比于[K]-Means和DBSCAN（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise）等经典聚类算法能够获得更加准确的聚类结果。同时,与SMCL算法相比,DP-SMCL可以快速完成初始Prototypes的选定,显著提升算法准确率和执行效率。     

激光测照器光学系统小型化的研究

为解决传统激光测照器光学系统只实现光束准直、光束均匀度较差的问题,对激光测照器光学系统小型 化进行研究。对激光光束进行扩束,利用盖师贝格-撒克斯通(Gerchberg-Saxton,GS)改进算法设计用于光束匀化和 准直的二元光学元件B1 和B2,根据光功率恒定原理,建立光束匀化的坐标变换公式,在ZEMAX 中编写宏指令设计 非球面透镜组光学系统。结果表明：该系统能使光束均匀度达到96.2%,发散角优于0.25 mrad,实现了光学系统的 小型化(光学系统结构为110 mm×42 mm×42 mm)。     

Paraboloid–aspheric lenses free of spherical aberration

A method to design singlet paraboloid-aspheric lenses free of all orders of spherical aberration with maximum aperture is described. This work includes all parametric formulas to describe paraboloid-aspheric or aspheric-paraboloid lenses for any finite conjugated planes. It also includes the Schwarzchilds approximations (which can be used to calculate one rigorous propagation of light waves in physic optics) to design convex paraboloid-aspheric lenses for imaging an object at infinity, with explicit formulas to calculate thicknesses easily. The results were verified with software through ray tracing.     

大光束光纤耦合半导体激光准直系统

光纤耦合半导体激光器广泛的应用在国防、商业、工业等领域,对其光学准直是一项重要的工作。文中详细的介绍非球面透镜设计方法,设计了数值孔径NA=0.37,光纤芯径φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光非球面准直透镜,准直透镜的焦距f=50mm。从像质评定可以看出,非球面准直镜几乎接近衍射极限,整个系统的波像差小于0.3λ。实验结果证明,采用非球面准直系统,能提高光能的利用率,并获得高效准直光束。