用复制法制作的轻质金属反射镜

本文简单介绍复制轻质金属反射镜的方法,从应用角度着重分析了用复制方法制作的轻质金属反射镜的主要优缺点,并提出了改进方法。     

大口径轻质非球面反射镜制造技术研究

研制某卡塞格林光学系统的关键技术之一是通光口径超过1000mm的轻质抛物面主反射镜。该反射镜相对口径为1/2,减重率为65%,是目前国内最大口径的轻质非球面反射镜。成功地解决了大口径轻质镜坯的制造和大口径轻质非球面镜的加工与检测方面的难题。通过对高比刚度轻质镜的设计和进行CAD工程分析以及选用合理的光学材料,采用计算机控制的数控钻铣技术制造出了反射镜镜坯。在经典光学加工技术的基础上,摸索到了针对大口径轻质镜的支撑、加工与检测方面的技术。检测结果表明,该反射镜的研制达到了各项设计指标,其面形精度的均方根值RMS=0 029λ(λ=633nm)。     

一种新型的轻质反射镜材料

对使用轻质材料制作的轻量化空间光学反射镜的应用背景进行了阐述,并论述了轻量化技术的关键环节-镜体材料的选择;提出高轻量化率镜体的材料选择准则:将碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)与铍(Be)、碳化硅(SiC)材料进行了综合比较和讨论,并针对CFRP材料的镜体结构进行了有限元仿真计算,最终选择了CFRP作为轻质空间光学反射镜的镜体材料.     

增材制造金属反射镜的发展综述

随着光学测量与遥感领域的不断发展,折反式光学系统对重量、体积和环境适应性等需求不断提高。基于增材制造技术的金属反射镜以其便于实现优化设计、快速制造和加工工艺性好等优点,逐渐获得国内外学者的关注与研究。与传统金属反射镜相比,增材制造金属反射镜可以提高反射镜的结构刚度,同时可实现更高程度的轻量化。增材制造反射镜可以满足光学系统对环境适应性和快速性的需求。本文首先讨论了金属反射镜的评价指标;其次,综述了国内外在基于增材制造技术制备金属反射镜领域的发展现状和技术参数,从增材制造金属反射镜的基体设计与制备和基体的后处理2个方面展开论述;然后,通过分析,总结了增材制造金属反射镜的技术路线和关键技术;最后,对增材制造反射镜的应用前景提出了展望。     

大口径轻质SiC反射镜的研究与应用

介绍了大口径轻质碳化硅反射镜镜坯的基本结构、性能测试指标、国内应用及发展前景;阐述了碳化硅凝胶注模成型（Gel-casting）、反应烧结SiC（RB-SiC）与压力成型、常压烧结SiC（SSiC）两种国内主要制备大口径轻质碳化硅反射镜的方法;并对两种方法制备得到的ø1.45 m碳化硅镜坯的性能、测试数据及光学加工后的光学特性进行分析和比对,提出存在的问题,以供商榷,进而促进国内大口径轻质碳化硅反射镜的研究和发展。     

大口径碳化硅反射镜轻量化结构与镜坯成型

大口径光学反射镜的材料选择与研制一直是空间光学系统的主要核心技术,采用凝胶注模成型(Gel-Casting)技术一次性完成1.45m碳化硅反射镜镜坯成型,再经1 700℃反应烧结得到一块完整的碳化硅镜坯。介绍了大口径轻质碳化硅反射镜镜坯的基本结构,系统阐述了SiC反射镜镜坯的制备工艺。结合金相显微镜、XRD物相分析及力学性能测试对SiC镜坯的组织结构进行分析,测试数据表明:1.45m碳化硅反射镜镜坯的密度≥3.0g/cm3,抗弯强度≥330 MPa,弹性模量≥340GPa,轻量化率74%。碳化硅反射镜镜坯的力学性能均能满足空间光学系统设计的要求。     

束特（Short，James，1710-1768）英国工程师（Engineer，England）

束特是英国光学仪器制造家，曾制作了用于望远镜的抛物镜面反射境和椭圆镜面反射镜，成功地用于建造格雷戈里望远镜，并于1759年发现了彗星。束特为当牧师考入了爱丁堡大学，但受到了数学家马克劳林讲课的影响而改学光学和数学并得到赏识，以至为他配置了一个光学车间。1738年定居伦敦，在此，他给一千多台反射望远镜配制了当时最好的金属反射镜。     

高精度光学五折镜组件加工工艺技术

阐述了高精度光学元件———五折镜组件在加工制作过程中的难点以及解决的方法。五折镜是由五个平面反射镜按一定角度胶合而成的集成化小型光学组件。入射光线经五折镜组件反射后出射的角度误差为± 10″。这对光学加工和胶合技术提出了严峻的挑战。提出了成功解决这一制造难题的技术途径。     

金属照相复制工艺

重点介绍用于玻璃基体光学元件(如高精度分划板、度盘等)和金属基体分划件(如外用的度盘、游标、刻尺等)的金属照相复制工艺。     

光学遥感器轻质反射镜的结构—热优化设计

针对在轻质反射镜结构设计中通常只根据力学性能对镜体结构参数进行优化的现状,提出了对轻质反射镜进行结构 热优化设计的理论与方法。通过建立反射镜体的参数化有限元模型,在保证一定的轻量化率和较小的自重变形的前提下,以减小反射镜体的热变形为优化目标,对镜体结构参数进行二次优化设计,结果表明经过结构 热优化设计的镜体相比于原设计方案,在相同的波面误差指标下能够承受更大的温度载荷,热稳定性得到显著提高。     

一种轻质薄型反射镜的挠性支撑结构设计

宽厚比较大的小型轻质薄型反射镜在宽温度范围及恶劣的环境(尤其是低温-40℃)下易发生变形,严重影响系统成像质量。针对这种情况,以挠性支撑原理为基础,借助于热力学理论设计了一种适用于小型轻质薄型分光反射镜的新型挠性支撑结构,采用有限元技术,对该挠性支撑结构的温度适应性进行了分析,并对装配后的反射镜组件进行了低温试验。试验结果表明:在-40℃温度下,反射镜面形精度峰谷值(PV值)保持在0.25λ(λ＝632.8 nm),这种新型挠性支撑结构能够满足应用环境的使用要求。     

φ1.8m轻质镜能动磨盘技术抛光的柔性限位支撑设计仿真与优化分析

大口径轻质反射镜采用柔性支撑结构可以降低外界力载荷、惯性载荷及热载荷的负作用,从而保证光学系统的成像质量。为消除加工、检测与系统装调过程的定位误差,研究了应用于计算机控制能动磨盘加工(CCAL)技术抛光的柔性限位支撑模型。利用有限元分析软件(Ansys),分析φ1.8m轻质镜采用柔性限位支撑时,CCAL技术抛光引起轻质镜的最大倾斜量、最大主应力以及主镜面变化范围,对支撑盘的口径及位置进行了优化设计,模拟仿真18点弹簧在不同压缩量下的镜面变形。仿真分析结果表明,柔性限位支撑的结构刚度、轻质镜底板倾斜量满足能动磨盘加工条件,最大主应力强度远小于主镜的许用应力,主镜面变形符合加工要求。     

Transmission characteristics of optical waveguide corners

Two-dimensional dielectric waveguide corners with air reflector or metal reflector have been investigated by means of the method of plane-wave expansion, which has the advantage of being compact for optical integrated circuit applications. The operating principle of these waveguide corners is based on the total internal reflection or large partial reflection. The corner losses and field profiles are presented for various waveguide parameters. It is found that the corner loss can be small if the waveguide corner is properly fabricated.     

基于有限元分析的小口径离轴抛物面反射镜支撑结构设计

为降低小口径反射镜在复杂环境下的面形误差,满足其动静态刚度和热稳定性要求,通过选用合适的空间载荷材料,对反射镜进行轻量化设计,合理设计可装调的反射镜挠性支撑组件,采用ANSYS对反射镜组件进行有限元分析。分析结果表明:组件一阶固有频率是3 168.5 Hz,在1 g重力作用下反射镜面形误差RMS值可达8.06 nm,在10℃温升载荷作用下RMS可达5.58 nm,在1 g重力和10℃温升载荷耦合作用下RMS值可达11.05 nm,组件在10 g加速度作用下最大应力是2.109 8 MPa,简谐激励作用下最薄弱环节最大响应应力为1.284 6 MPa,均完全满足反射镜组件设计指标要求,验证了支撑结构设计的合理性。     

A High-Power Reflector Impulse Antenna with Dual-Tem Source

There are different demands on radiation efficiency and direction pattern according to various ultra-wideband (UWB) antennas and high power applications. To obtain more radiating gain on bore-sight of paraboloidal reflector and centralized radiating direction, a novel feeding structure called dual-TEM source has been designed and applied in half-paraboloidal reflector impulse radiating antenna (IRA) applications. Simulation results proved that this proposed half-paraboloidal reflector IRA with dual-TEM source provided greater radiation performance on bore-sight as a result of the synthesized power in the aperture space of paraboloid. Moreover, lots of simulation work and comparison have been done in different feeding models to summarize a relative optimal feeding structure.     

非对称DBR-金属-DBR结构的光学Tamm态理论研究

作为一种特殊的金属表面态, 光学Tamm态 (OTS) 对光的控制和操作具有独到优势, 在新一代光子器件设计中备受青睐. 本文基于分布式Bragg反射镜(DBR)-金属-DBR(DMD)结构, 通过金属两侧 DBR中心频率的失配引入不对称机制, 设计和控制可见光区域OTS的产生; 通过分析反射谱及电场分布特性, 揭示了金属两侧OTS的相互作用及变化规律. 结果表明: DMD结构可支持两个不同本征波长OTS 存在, 失配量δ将影响两个OTS的强度及本征波长, 即随着δ变化OTS 出现上下两个分支; 同时, 入射光的偏振态、入射角等也对OTS的强度及本征波长具有明显影响. 关键词： 金属表面态 光学Tamm态 分布式Bragg反射镜     

Effect of shear-wave polarization on defect detection in stainless steel weld metal

Ultrasonic inspections of austenitic stainless steel weld metal are particularly difficult because of the dendritic structure and anisotropy of the material. The acoustic properties of stainless steel weld metal are discussed. Data on frequency spectra and variations in longitudinal and shear velocities with wave propagation direction are presented. Differences in shear velocities as great as 25% have been observed as the polarization direction is changed. The difference in detectability of artificial reflectors using shear waves of varying polarization is presented, and it is demonstrated in some cases that horizontally polarized shear waves can ‘detect’ a reflector in the weld metal where the traditional vertically polarized shear waves cannot.     

Direct excitation of the Tamm plasmon-polaritons on a dielectric Bragg reflector coated with a metal film

Tamm plasmon-polariton is a surface state or surface wave formed at the boundary between a metal and a dielectric Bragg reflector. In order to directly excite the Tamm plasmon-polaritons with unit transmission, we design a structure of Bragg reflector coated with a metal film. Through the Bloch theorem of periodic structures and transfer matrix method, we deduce the existence conditions of the Tamm plasmon-polaritons. For a a finite structure, the Tamm plasmon-polaritons can be excited, which is dependent on the thickness of metal, the period number of the Bragg reflector, the incident direction and frequency. On proper conditions, a perfect transmission for the Tamm plasmon-polariton mode can be achieved without the use of attenuated total reflection prism coupling or diffraction grating.     

短波长化学激光系统反射镜研制

 报道了短波长化学激光系统高反射镜的膜系设计、镀膜材料的选取、反射膜制备技术、基板加工、反射镜性能测试和各种膜系反射镜在强激光辐照下的热畸变和损伤。