非球面数字波面检测技术

提出了一种快速检测浅度非球面（非球面度小于0.01 mm）的方法,该方法无需补偿器或其他辅助光学元件进行零位补偿。用移相干涉仪直接测量正轴或离轴的浅度凹非球面,剔除平移、倾斜、失焦等调整误差后,得到实际被测镜面的面形分布数据;根据正轴或离轴的浅度凹非球面矢高方程计算理想非球面的面形分布数据,得到理论波面数据,用实测的面形分布数据减去理论的面形分布数据即可得到被检非球面的剩余波像差,即面形误差。利用该方法测量了一口径为135 mm的双曲面,并用零位补偿法加以验证。两种方法的检测结果精度相当,说明数字波面法可实际应用于正轴或离轴的浅度凹非球面的检测。     

高精度高次非球面最接近球面计算方法

分析了高次非球面与其加工用最接近球面之间的几何关系特点,提出了一种基于1维搜索的高精度高次非球面最接近球面计算方法。该算法可以计算二次或高次凹（凸）非球面的加工用最接近球面半径、球心位置及非球面度。通过计算实例与现有计算最接近球面的方法相比,该算法在计算高次非球面时将最大非球面度从500.8 m减小到30.0 m,在计算二次非球面时计算结果与精确公式法得到的结果一致。计算实例表明该方法计算高次非球面时得到的最接近球面更优、计算精度更高,且适用于任意次非球面最接近球面的精确计算。     

非球面非零位检测的逆向优化面形重构

非球面的非零位检测较其零位检测而言具有更强的通用性,但非零位检测偏离了零位条件,所产生的回程误差给被测非球面的面形重构带来一定困难。针对非球面非零位检测中回程误差的校正与面形重构问题,提出了基于检测系统理论建模的非球面面形逆向求解技术。该方法对实际检测系统进行理论建模,设置被测面面形为变量,以实际检测到的波前作为目标函数,通过拟合优化得到的结果进而重构出被测面面形。对逆向优化重构技术进行了仿真验证、实际检测和误差分析,实际测量口径为101.0mm的凹抛物面反射镜,检测结果与标准零位法测得结果一致,峰谷值和均方根值误差分别优于λ/20和λ/50。     

非球面透镜的加工

<正> 在非球面透镜的加工中,必须使加工面的对称轴一致,因此工具的工作端面必须沿着回转表面的子午面运动。对于这一点,可以由各种方法来完成。若按工具与工件运动的控制方法及动作原理来区分,常采用的有数字控制法、电子计算机控制法、凸轮仿形法、连杆机构法、利用玻璃弹性变形加工法、样板法及修整磨盘加工法等。随着数控技术的发展,非球面零件的数控磨削装置已出现不少。特别适用于小批量、多品种生产及模具或样板的制造。美国的A.Cox于1961年发表的小直径非球面磨研、抛光机,1969年日本的中野智允等人发表的大型施密特校正板抛光机,都属于这一类机     

离轴非球面三坐标检测技术

提出了一种使用三坐标测量机(CMM)测量底面为圆形、矩形、跑道形离轴非球面面形误差的方法。针对离轴非球面的外形特征设计工件坐标系,规划工件坐标系定位点;利用CMM对离轴非球面进行点触发式自动测量,得到被测面点云坐标数据;建立离轴非球面数据处理模型,得出了面形误差。模拟分析表明,该测试方法和误差处理模型是正确的,并用该检测技术完成了离轴非球面粗抛光阶段的加工。     

等端切角法加工高次非球面原理及工艺分析

基于Z、X、B三轴联动的数控机床,提出了一种高次非球面的等端切角加工方法,采用等弦长离散非球面型线,并保持端切角恒定来计算数控机床的运行轨迹。等弦长可避免非球面型线因斜率变化引起的加工误差,等端切角加工方法保证磨头同一工作点完成工艺过程,提高加工精度和工艺稳定性。另外,通过编程模拟了等端切角法加工高次非球面的工艺过程,分析了端切角δ和距离C对机床工艺行程的影响,并指出两个参数的选取应使机床工艺行程满足:不存在磨头与工件之间的物理干涉;不存在Z、X向导轨和B轴的反向运行,避免将传动间隙误差引入到工件中;运行控制点的步距不得小于设备运行精度,避免机床跨点突进产生棱带误差;机床运行的工艺行程应尽量小以提高加工效率。因磨头磨损带来的加工误差,可通过磨头修锐或使用磨损边缘点作为工作点并重新编制数控加工程序来消除。     

折反射式零位补偿检验

结合奥夫纳尔折射式零位补偿器和马克苏托夫反射式零位补偿器的优点,对大口径、大相对孔径凹非球面加工检验提出一种折反射式零位补偿检验法.该方法采用放置在非球面顶点曲率中心之前的两块透镜和一块反射镜来实现大口径凹非球面零位补偿检验.依据三级像差理论,推导了初始结构计算公式;通过对口径为1 000mm、顶点曲率半径为4 000mm、偏心率为1.05、中心孔为200mm的凹非球面进行补偿器设计,完成了原理验证,优化后系统剩余波像差峰谷值为0.004 2λ.研究结果表明该方法轴向光路长度短,补偿能力强,可用于允许部分中心遮拦的大口径、大相对孔径凹非球面检验.     

环形子孔径拼接检测的中心偏移误差补偿

为了减小非球面环形子孔径拼接测量时的中心偏移误差,根据检测原理及几何关系,分析了中心偏移误差在面形测量中的作用机理,推导了中心偏移误差模型,并在此基础上提出了一种基于二维像素矩阵的中心偏移误差补偿方法.该方法可以有效地得到初始面形测量数据的中心偏移量,在拼接之前减小由中心偏移误差引起的波前偏差的剔除误差,同时减小各环形子孔径中心之间的偏差.利用Zygo干涉仪进行了非球面环形子孔径拼接的中心偏移误差补偿实验,与零位检测结果相比,峰谷值残差为-0.015λ,均方根残差为0.003λ,表明该补偿方法大大减小了面形测量误差,提高了环形子孔径拼接的测量精度.     

低空间频率组合计算全息元件检测深度非球面

计算全息元件(CGH)可实现光学非球面的零位干涉高精度检测,但深度非球面的非球面度以及非球面度梯度均较大,使检测所需CGH的局部空间频率偏大,加工困难。提出一种用组合CGH检测深度非球面的方法,该方法通过组合两个低空间频率CGH,实现深度非球面检测时所需的单个高空间频率CGH的功能。由一维线性光栅模型推导组合CGH与传统单个CGH空间频率的关系,并由此给出组合CGH初始相位,逐步优化可求得最佳相位。以最大非球面度193.434μm、最大非球面度梯度75.788μm/mm的深度非球面为测试样例,设计了单个CGH和组合CGH,残留波前误差均小于λ/250,组合CGH最大空间频率约为单个CGH的50%。设计了辅助装调CGH减小装调误差的影响,并分析了组合CGH之间俯仰倾斜偏差、中心偏差以及轴向定位偏差对检测精度的影响。     

计算机控制光学表面成形法初值的确定

介绍了计算机控制光学表面成形法的原理,分析了几种非球面度的测量方法,研究了非球面度的不同计算方法对采用计算机控制光学表面成形法加工非球面的影响。从光学零件加工的角度对计算机控制光学表面成形法初值的确定进行了探讨。     

空心锥状双高斯光束传输特性研究

建立了空心锥状双高斯光束的模型.在空心高斯光束模型的基础上,由初始光场的光强分布,利用柱坐标下的柯林斯公式,导出了空心锥状双高斯光束经过傍轴光学系统的解析传输变换式由传输变换式计算分析了空心锥状双高斯光束在自由空问的可控传输特性,及在1,10和60 m的截面光环的光强分布.用KNbO3双轴晶体进行实验,获得了空心锥状双高斯光束,外锥折射的锥角等于入射光会聚角.实验表明,当空心光束处于锥状发射状态时,空心光束的光环内黑斑面积随传输距离的增加而增加,实验结果与模型吻合较好.该研究为进一步设计制备基于空心锥状舣高斯光束的新型激光元件提供了理论依据和设计参量.     

On the Global Existence and Stability of a Multi-Dimensional Supersonic Conic Shock Wave

We establish the global existence and stability of a three-dimensional supersonic conic shock wave for a compactly perturbed steady supersonic flow past an infinitely long circular cone with a sharp angle. The flow is described by a 3-D steady potential equation, which is multi-dimensional, quasilinear, and hyperbolic with respect to the supersonic direction. Making use of the geometric properties of the pointed shock surface together with the Rankine–Hugoniot conditions on the conic shock surface and the boundary condition on the surface of the cone, we obtain a global uniform weighted energy estimate for the nonlinear problem by finding an appropriate multiplier and establishing a new Hardy-type inequality on the shock surface. Based on this, we prove that a multi-dimensional conic shock attached to the vertex of the cone exists globally when the Mach number of the incoming supersonic flow is sufficiently large. Moreover, the asymptotic behavior of the 3-D supersonic conic shock solution, which is shown to approach the corresponding background shock solution in the downstream domain for the uniform supersonic constant flow past the sharp cone, is also explicitly given.     

Numerical simulations of laser light guiding and focusing using an open hollow cone

An open hollow cone that can optically guide and focus a laser light into a small beam spot is proposed. The shaping and focusing effects are numerically demonstrated by finite-difference time-domain simulations. The results reveal that the cone-focused laser originates from the multi-beam interference and squeeze of two cone side walls acting like oblique targets. Moreover, the influences of oblique incident angle of laser light, cone angle and cone tip size on the focusing properties are discussed and the optimum cone geometry with cone angle of 16° and tip size of 4.5 wavelengths to achieve high energy concentration at the cone tip is also presented. It is shown that with an open hollow cone a laser light can be focused into a tiny highly localized beam spot of 1 µm diameter and keeps propagating forward for a distance of about 8 wavelengths with a tiny spot diameter remaining almost unchanged. The intensity almost increases up to twentyfold in a 1 µm focal spot.     

光锥的光学传递函数测试方法研究

从传像方式上给出了光锥的理论传递函数,并提出了利用星点像分析测试其MTF的方法,通过具体实验给出了MTF的测试结果.测试结果表明,合理的选取测试组件参数,可以得到光锥在较大频率范围内的光学传递函数(>100 lp/mm) .从MTF趋势上看,测试结果与理论推导呈一致性.     

The sensitive control on the cone angle of hollow beams

The sensitive control on the cone angle of hollow beams was studied in this paper, and the control system consists of positive, negative axicons and telescope zoom system. By analyzing, the condition of sensitive control on the cone angle was obtained. The curve of the cone angle variety against the element shift was given, and the theory we proposed is proved to be correct completely based on experiments. The research of sensitive control on the cone angle can provide a solid foundation in the fields such as fast scan-imaging and remote control etc.     

Geometrical pinning of magnetic vortices induced by a deficit angle on a surface: Anisotropic spins on a conic space background

We study magnetic vortex-like excitations lying on a conic space background. Two types of them are obtained. Their energies appear to be linearly dependent on the conical aperture parameter, besides of being logarithmically divergent with the sample size. In addition, we realize a geometrical-like pinning of the vortex, say, it is energetically favorable for it to nucleate around the conical apex. We also study the problem of two vortices on the cone and obtain an interesting effect on such a geometry: excitations of the same charge, then repealing each other, may nucleate around the apex for suitable cone apertures. We also pay attention to the problem of the vortex pair and how its dissociation temperature depends upon conical geometry.     

金属熔体中气泡形核的理论分析

引入界面接触角，考虑表面张力对气泡形貌的影响，以熔体中均质形核、夹杂物的平表面上异质形核和圆锥形凹坑内异质形核三种典型模型对气泡形核机理进行理论研究.研究发现，三种形核模型下具有相等的微米量级的气泡临界形核半径，并随气压的增大而减小.结果表明，用以制备藕状规则多孔金属的Gasar工艺中能够形成的最小气孔的直径为微米量级(0.1—1.0 MPa气压).在圆锥形凹坑内异质形核时存在最佳圆锥顶角(对应最小气泡体积)，其值与气压无关，只随接触角的增大而增大.在接触角处于90°—180°范围内，最佳圆锥顶角下圆锥形 关键词： 气泡 形核 多孔金属 Gasar     

The nonlinear transformation of an ion beam in the plasma lens

The plasma lens can carry out not only sharp focusing of ions beam. At those stages at which the magnetic field is nonlinear, formation of other interesting configurations of beams is possible. Plasma lens provides formation of hollow beams of ions. Application of the several plasma lenses allow to get a conic and a cylindrical beams. The plasma lens can be used for obtaining a beams with homogeneous spatial distribution. Calculations and measurements were performed for a C⁺⁶ and Fe⁺²⁶ beams of 200?C300 MeV/a.u.m. energy. The obtained results and analysis are reported.     

实心与空心锥形喷雾与热多孔介质相互作用的数值研究

在KIVA-3V中增加了油滴碰撞热多孔介质壁面的碰撞模型、传热模型及空心喷雾的线性不稳定性液膜破碎模型(LISA).在多孔介质结构简化描述的基础上,详细模拟了实心喷雾与空心锥形油雾与热多孔介质之间的碰撞过程.针对Senda等人的实验进行了数值计算,油束碰壁后油滴和油蒸汽分布的数值计算结果与实验结果吻合得很好.计算结果表明油雾在碰撞到热多孔介质后,油束会发生分裂,为油滴的快速蒸发和油蒸汽与空气充分混合创造了前提.油滴初始动能相同的条件下,空心喷雾的油滴穿越多孔介质的可能性比实心喷雾要小.     

圆柱体的空间圆锥光反射、折射与衍射

用准直或会聚激光束倾斜照射圆柱体时,其反射光、透射光(柱体透明时)、衍射光(柱体较细时)的叠加将形成以光束入射点为顶点的空间圆锥形光面(空间光锥),并且在垂直于柱体轴线方向的观察平面上投影成一圆形光环.空间光锥的形成与所选圆柱体材料及其粗细无关,只要其表面具有一定反射能力即可.空间光锥的锥角等于入射光束主光轴与圆柱体轴线夹角的2倍,与圆柱体和照射光束的直径大小及光波长无关.给出了对光纤及不同直径大小的玻璃和金属圆柱体的实验观察结果,并利用矢量图解法对其进行了详细地理论分析.进而得出,通常所谓单丝衍射图样,实际上是细丝的衍射和其表面的反射光场的叠加图样,对于透明细丝,还包括其透射光场的贡献.圆柱体的这种空间圆锥光反射和衍射原理有可能用于光束定位、成形、表面检测以及三维面形测量等 关键词： 圆柱体 空间光锥 投影光环