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)。     

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。     

一种空间反射镜机械法轻量化技术

空间光学仪器中使用的反射镜通常都具有质量轻、比刚度好的特点。钻铣机械加工法是制造轻量化空间反射镜镜坯的一种应用较为广泛的方法。研究了用金刚石刀具在数控钻床上对玻璃质镜坯进行异形盲孔的加工，以求获得加工精度、效率及轻量化程度更高的镜坯。加工后的镜坯浸入低浓度氢氟酸溶液中进行处理，以消除残余应力和微裂纹层。结果表明这种方法是实用的。应用此种工艺加工的一套空间遥感光学仪器主反射镜和扫描镜轻量化程度超过４０％，孔的尺寸和位置精度可达±０．０２ｍｍ，孔间壁厚可薄到３ｍｍ左右，抛光后的镜面面形精度达到λ／５０（ＲＭＳ）。     

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。     

复制轻质金属反射镜的应用与制备

采用复制轻质金属反射镜技术，可以制作出薄而轻、表面粗糙度好、光学性能好的各种轻质金属反射镜。复制该反射镜的工艺流程长，涉及的技术面宽，影响该镜光学质量的因素多，为确保该镜的质量稳定可靠，必须解决好母板的制作、基体材料的选取与处理、基体的加工与处理、贴合胶的选取与处理、稳定工艺、严格的质量考核的技术问题。     

用于超低温环境的轻质反射镜制造技术

以椭圆形平面反射镜实例为研究对象,介绍了轻质反射镜材料的选择以及反射镜在真空超低温环境中的应用。分析了各种轻量化孔的特点,设计了一种反射镜结构;在吊带支撑方式下,建立整体结构的有限元模型,对由于镜体自重及超低温环境引起的镜面变形进行了有限元分析。由数控系统在图形方式下控制实际轻量化加工,加工后的反射镜轻量化率达到33％;采用化学方法消除加工过程中产生的应力与微小裂纹;运用环形抛光机结合局部修磨进行光学抛光加工,抛光后面形精度达到0．022A（均方根,λ=633nm）;在实验室进行小范围温度拉偏实验,实验结果表明,面形精度变化量为0．03nm。     

快反系统中平面反射镜的轻量化设计

根据快速控制反射镜系统(快反系统)对平面反射镜的设计要求,对快反镜的轻量化结构进行了优化设计。选择比刚度大、热变形系数小的碳化硅为镜坯材料,采用背部开槽式结构减重,背部3点式支撑,对不同筋宽和镜面厚度等多种轻量化方案进行了有限元分析。结果表明:筋宽越大,镜体刚度越好,但筋宽增大到一定程度时,反射镜刚度的改善程度减缓;镜面越厚,镜体内应力、自重变形越大。结合反射镜设计要求和有限元分析结果,加工制备了筋宽为4 mm,镜面厚度为4 mm的碳化硅反射镜,镜体轻量化率达55%。实测反射镜的面形精度,其RMS值不超过λ/30,与分析结果相符,满足系统的使用要求。     

碳化硅指向反射镜轴的高精度镶接技术研究

碳化硅具有优异的热学性能和机械性能,是高性能空间光学应用中的优选材料。但由于它的硬度很高,使得碳化硅反射镜的高精度加工和装配变得很困难。为了提高碳化硅反射镜与两个镜轴固接后的位置精度,采用了结合衬套修正的偏心轴补偿镶接方案。结果表明,这种方法可以将镶接完成后的两个镜轴的同轴度误差降低到0.005mm。由于在镶接过程中仅需要通用的加工设备和工装夹具,因此可以在保证良好经济性的前提下提高碳化硅反射镜的装配精度。     

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。     

大口径碳化硅轻质反射镜镜坯制造技术的研究进展

比较了目前空间遥感相机中常用的四种反射镜镜体材料——ULE,Zerodur,铍(Be)和碳化硅(Sic)的各项性能。结果表明:SiC陶瓷具备比较明显的综合优势,是制备空间用反射镜的最佳候选材料。阐述了碳化硅反射镜镜坯的四种制备工艺。介绍了当前国内外碳化硅质轻型反射镜镜坯的发展情况。     

Isospin symmetry of odd-odd mirror nuclei: identification of excited states in N=Z-2 48Mn

Excited states have been observed in the N=Z-2 odd-odd nucleus 48Mn for the first time. Through comparison with the structure of 48V, a first high-spin study of an odd-odd mirror pair has been achieved. Differences between the T=1 analogue states in this pair have been interpreted in terms of Coulomb effects, with the aid of shell-model calculations in the full pf valence space. Unlike other mirror pairs, the energy differences have been interpreted almost entirely as due to a monopole effect associated with smooth changes in radius (or deformation) as a function of angular momentum. In addition, the large energy shift between analogue negative-parity states is interpreted in terms of the electromagnetic spin-orbit interaction in nuclei.     

光学非球面反射镜轻量化制造技术

新一代的空间相机一般通过采用轻质大尺寸的非球面光学元件来提高系统的成像质量，以降低系统复杂性。而空间相机中的结构件主要是用来支撑和定位主镜，如果主镜制作得更轻，则系统的其它结构将会设计得更加轻巧。受此趋势影响，大口径非球面镜的轻量化问题成为一个研究热点。     

Experimental Study on One-mirror-inclined Three-mirror-cavity Photodetectors

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ ,ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈａｓｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄｆｏｒＷＤＭｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ,ａｎｄｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎａｓｓｅｔｗｉｔｈｒｅｇａｒｄｔｏｏｂｔａｉｎｉｎｇａｎａｒｒｏｗｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｌｉｎｅｗｉｄｔｈａｎｄｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｔｕｎａｂｌｅ[1,2 ] .Ｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｃａｖｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｄ …     

固定角度平面镜标定方法与不确定度分析

在北京同步辐射装置新建4B7B束线没有安装反射率计,且用户空间有限的情况下,利用X光基准点还原的方法建立了一种Dante谱仪固定角度平面镜反射率标定方法。利用三光束瞄准方法完成了束线软X光基准重建,通过准直方法实现了平面镜与X光之间的高定角精度,并采取了相应的角度姿态监测,最终在实验中得到的平面镜标定角不确定度为1.0 mrad。基于固定角度平面镜多次安装和朝各个方向转动后的标定结果,获得了高精度的反射率曲线。     

基于Isight的平面反射镜轻量优化设计

针对大口径反射镜的设计,提出一种新的优化思路,用Isight集成SolidWorks和ANSYS,用实验设计、优化结合的方式得到了满足约束的最优尺寸,同时得到约束为反射镜水平时自重和高低温下的变形,以及一阶固有频率,目标为反射镜的质量最小化,轻量化率达51%.将反射镜面的变形节点拟合成Zernike多项式,导入到CodeV中,得到了反射镜受温度和重力共同作用下的光学系统点列斑,从而反映出变形镜面对光学像质的影响.     

Dynamic wave-front distortion compensation with a 134-control-channel submillisecond adaptive system

A 134-control-channel adaptive-optics system consisting of a microelectromechanical mirror array (mu -mirror), a wave-front tilt-control mirror, and a very large scale integration controller utilizing a stochastic gradient-descent optimization of a performance metric is presented. A maximum adaptation rate of ~11, 000 iterations/s was achieved. The system was used to demonstrate real-time compensation for dynamic phase distortions from a laboratory-generated turbulence simulator in a laser-focusing experiment.     

基于功率谱的反射镜面形评价

针对表面高度均方根（RMS）难以描述大尺度波动以及刚体位移鲁棒性差的缺点,提出了使用功率谱（PSD）对大口径望远镜系统中主反射镜面形进行评价;结合Zernike多项式,对PSD的分解运算进行了分析,讨论了Zernike多项式的频谱能量分布;将该方法用于Φ500 mm反射镜面形检测数据的处理,得出实际反射镜表面面形频域能量分布情况。结果表明：对于大口径反射镜,使用PSD的评价方式对于指导加工检测以及望远镜系统误差的分配具有更实用的意义。最后,基于PSD提出了一种评价反射镜面形的子孔径非相关拼接方法,该方法适用于大口径望远镜中大口径光学元件的面形精度评价。     

地基大口径望远镜系统结构技术综述

概述了地基大口径望远镜的发展状况,阐述了口径变大的意义及实现的关键技术途径。概括了当前大口径望远镜的应用价值。介绍了国外5种典型的大口径望远镜系统,它们代表了当前地基大口径望远镜发展的最高技术水平。从跟踪架、主望远镜筒、主镜支撑及次镜支撑调整几个方面论述了大口径望远镜的结构特点及关键技术。最后,总结了大口径望远镜系统的发展趋势,指出其光学系统已从同轴系统向离轴系统发展并极具应用前景。     

Low-threshold mid-IR MgO:PPLN optical parametric generation with high reflectivity mirror for signal wavelength

A low-threshold middle-infrared(mid-IR) MgO:PPLN optical parametric generation(OPG)pumped by a laser diode(LDl end-pumped Z-type Nd:YLF laser at 1047 nm is realized with high reflectivity(HR) mirror for signal.At repetition rate of 10 kHz,the OPG threshold of 50μJ has been achieved with HR mirror for signal.Compared with the threshold without mirror,the threshold decreases by 17%.Using HR mirror for pump at output side of crystal,the threshold of 40μJ is achieved.The 2.7-4.1μm continuous tunable output is produced with seven grating periods from 28.5 to 31.5μm and temperatures from 30 to 200℃.When the incident average pump power is 3 W.the OPG idler output power is 0.46 W at 3.26 μm,which corresponds to optical-to-optical conversion efficiency up to 15.3%.