空间双折射干涉滤光器的主动补偿研究

 空间太阳望远镜中的双折射干涉滤光器对于温度的变化十分敏感,传统的滤光器在空间环境中很难做到高精度的温度控制。改进传统滤光器的结构,在每一单级中加入LCVR(液晶位相延迟器),通过LCVR主动引入的附加位相延迟补偿由于温度波动引起的晶体位相延迟,可使滤光器透过率峰值波长始终保持稳定。以Lyot滤光器为研究对象,通过理论计算和模拟分析证明了该方法的可行性。该方法应用到空间双折射干涉滤光器可以使滤光器在卫星制造部门提供的环境温度下不使用任何温控系统依然正常使用,成功解决了空间双折射干涉滤光器温控精度的问题。由于摒弃了传统的两级温控装置,有效减小了滤光器的体积,减轻了滤光器的质量,使其更符合空间有效载荷的使用要求。     

空间光学遥感器环境适应性设计与试验研究

为适应空间光学遥感技术的迅速发展及对空间光学遥感器需求的不断增长,在追求高高空间分辨率、高光谱分辨率、高辐射分辨率性能及轻量化的同时,必须考虑空间光学遥感器对恶劣的发射运载力学环境及在轨真空热环境的适应性问题。本文概述了国内外空间光学遥感器环境适应性设计的现状与进展,阐述了空间环境因素对空间光学遥感器性能的影响,尤其是在力学及真空热环境作用下的环境效应,探讨了环境效应的作用机理;在对任务需求和环境效应分析的基础上,提出了空间光学遥感器环境适应性设计的要求、准则以及适应性设计要点。在空间光学遥感器设计的早期设计阶段,统筹考虑对未来可能遇到的各种环境的适应性问题,并开展以质量特性、动力学特性及热光学特性为主的适应性设计分析迭代。在工程实施阶段,进行相应的特征试验以及环境模拟试验,实地考核空间光学遥感器的力学及热光学特性以及在各种模拟环境条件下功能和性能的有效性和正确性,确保对未来各种恶劣环境条的适应性。本文对设计分析迭代过程中以及试验过程中对环境适应性的评价方法及其相关的地面试验内容和方法也进行了论述。     

空间光学遥感器大功率控制电箱的热设计

根据空间应用电子设备的热控要求,对空间光学遥感器的控制电箱进行了热控设计。首先,总结了空间电子设备的热设计原则。针对空间光学遥感器控制电箱介绍了相应的热设计流程,对典型的大功率器件进行了温差推算,并说明了电箱的各电路板和大功率元器件的热设计方案。最后,通过热分析和热试验手段对热控电箱的热控方案进行了验证。试验结果表明：控制电箱的整机稳态工况热平衡温度小于30℃,各元器件的最高壳温在54.2℃以内。结果验证了该设计方案完全满足设计指标要求。     

一种高通量宽带近红外声光可调滤光器的设计

声光可调滤光器(AOTF)是20世纪90年代以来近红外光谱仪最突出的进展,传统的单换能器结构使滤光器存在工作带宽较窄的问题。本文采用双换能器结构设计了一种高通量、宽带宽的近红外声光可调滤光器,基于“切面平行条件”波矢量布局方案,通过仿真计算确定声光晶体最优切向切角及换能器长度等最佳参数。两段换能器分别工作于两个不同的波段范围,使得滤光器的工作波段范围在光谱分辨率、衍射效率等参数满足要求的前提下大为改善。测试结果表明,设计的滤光器在900～2 400 nm波段范围内分辨率优于15 nm,衍射效率最高可到41%。     

空间光学遥感器热设计中的计算机数值模拟

介绍了某空间光学遥感器所处的空间热环境 ,分析了热环境的变化对光学遥感器尺寸稳定性以及对成像质量的影响。根据以遥感器为中心而建立的热平衡方程 ,利用有限元分析软件进行光学遥感器热设计的计算机数值模拟计算。分析结果表明 ,所提出的热设计方法大大改善了遥感器的温度场分布 ,能够满足光学设计所提出的要求     

空间光学遥感器热设计

为了保证空间光学遥感器所需温度条件,本着被动热控为主、主动热控为辅的原则对其进行了热设计.首先,分析了遥感器在轨工作模式,建立了遥感器外热流计算模型,根据遥感器各面外热流变化,确定了3个极端工况.然后,以对日低温工况热设计为主对遥感器进行了热设计.最后,对热设计进行了热仿真分析和热试验验证.结果表明:镜组温度水平可控制...     

比值辐射计空间环境适应性设计及验证

结合卫星发射以及在轨运行过程中所处的环境条件,对"积分球+匀光板+电磁光开关"形式的比值辐射计进行空间环境适应性设计.对结构薄弱环节进行强化加固设计,通过降低器件功耗、表面热处理等方式保持比值辐射计在真空热环境下的温度稳定,采用航天级光学涂层辅以结构屏蔽设计保证抗辐照能力.通过力学试验、热真空试验以及积分球光学涂层辐照试验进行验证.力学试验结果显示比值辐射计基频约为540Hz,振动前后比值辐射计辐射比变化小于0.31%,证明比值辐射计具有良好的结构稳定性,空间力学条件下的结构强度和刚度均满足基频大于100 Hz的设计要求.热真空试验过程中比值辐射计遥测输出稳定,各功能模块均工作正常.辐照试验后,比值辐射计光学涂层方向-半球反射比在485nm波段的最大衰变小于2%,红外波段无明显变化,该衰变对定标器在轨应用性能的影响可以忽略.研究结果表明,比值辐射计具有良好的空间环境适应性,可在复杂空间环境下进行稳定、可靠的工作,满足航天应用需求.     

大角孔径声光可调滤光器设计

本文介绍了大角孔径TeO_2晶体声光可调滤光器的设计方法,提出了声入射角θ_α=100°,光入射角θ_(?)=23.4°的新的晶体取向,从实验上证明了该种声光可调滤光器满足准确的切线动量匹配条件,测得的调谐关系与理论值相一致,这种参数的声光可调滤光器其分辨率提高近10(?).经过补偿后的衍射偏转角变化减小到±0.06°.     

一维光子晶体在热光伏技术中的应用

将光子晶体的禁带特性应用于热光伏技术的光谱选择控制.针对锑化镓(GaSb)热光伏电池,采用硅(Si)和二氧化硅(SiO2)优化设计了一维光子晶体滤光器.研究了这种滤光器的光谱特性,分析了滤光器的介质层厚度偏差、周期以及热辐射能量入射角度对滤光器光谱特性的影响,研究了高温辐射体不同温度时这种滤光器的光谱效率.     

基于热光学技术的空间光学系统热设计

为了验证空间光学系统热设计的合理性,利用光-机-热集成的热光学分析技术论证了空间光学系统的热设计方案。首先,阐述了热光学技术的一般方法以及热光学技术与热设计的关系,同时根据空间光学遥感器所处的空间环境和结构特点,应用被动和主动热控技术对空间光学系统进行了热设计。然后,利用有限元方法对热控后的温度场和热弹性变形进行了分析,得出该温度载荷条件下光学元件表面的变形量及刚体位移量,利用Zemike多项式进行了波面拟合。最后,用CodeV光学设计软件计算了热载荷作用下光学系统的传递函数。结果表明,各种工况下全视场范围内光学系统分辨率为50lp时,传递函数均超过0．5,成像良好,能够满足光学设计指标,热设计方案合理可行。     

垂直向列型彩色滤光膜硅覆液晶微显示器的三维光学建模

针对垂直向列型彩色滤光膜硅覆液晶微显示器件中的微型彩色像素建立了三维光学模型. 首先, 对彩色液晶器件的机电特性进行了分析; 其次, 利用扩展琼斯矩阵计算出器件的光反射率; 最后, 采用标准RGB协议将所研究的垂直向列型彩色滤光膜硅覆液晶微显示器件中各像素点的光反射特性还原成彩色图像. 用上述过程所建立的三维光学模型进行了垂直向列型彩色滤光膜硅覆液晶微显示器件的光学特性研究, 并与实验数据进行了比较. 比较结果显示, 模拟得到的垂直向列型彩色滤光膜硅覆液晶微显示器件的光学特性与实验结果非常符合.     

低轨道低能量空间光学遥感器热设计

为了保证空间光学遥感器所需温度条件,以被动热控为主、主动热控为辅的原则对其进行了热设计.分析了其轨道环境特点,计算了遥感器轨道寿命内原子氧通量,选择了一种玻纤增强聚四氟乙烯复合膜(β布)作为多层隔热组件面膜.根据其工作模式和外热流特点,确定了三个极端工况,以对日低温工况热设计为主要对象.热试验结果表明:热设计满足遥感器...     

ZM3000光学遥感器空间环境模拟试验设备研制

为考核光学遥感器在空间环境中各项功能的适应性,确保在空间环境条件的有效性和可靠性,作者研制了ZM3000光学遥感器空间环境模拟试验设备。研制内容包括:内径为Φ3000mm、直段长为5000mm的卧式圆柱体真空容器;不锈钢管与铜翅片焊接成的管板结构热沉;无油真空抽气;最低温度达80K的单相密闭液氮循环流程;温度范围为-60℃至+100℃的机械制冷与红外加热调温热沉;数据采集与控制管理等分系统。结果表明:该设备满足了光学遥感器在地面进行空间环境模拟试验和光学性能测试的要求。     

空间光学遥感器CCD焦面组件热设计

空间光学遥感器CCD焦面组件的热控工作旨在保证CCD器件所需温度水平和温度梯度,以满足遥感器高质量成像要求。分析了CCD焦面组件的工作模式与热控要求,遵循"被动热控为主,主动热控为辅"的热控制策略,提出了CCD焦面组件的热设计方法。在此基础上通过Sinda/G和TMG软件进行了计算机仿真,验证了热设计的正确性,对各类空间光学遥感器CCD焦面组件的热设计有一定的指导和借鉴作用。     

空间外差拉曼光谱仪成像镜头光机热集成分析

便携式空间外差拉曼光谱仪集成了光学功能镜头、干涉仪组件,以及探测器和激光器等热辐射器件,因此仪器在使用过程中存在着较为复杂的热环境,环境温度变化导致光学系统性能下降。采用光机热集成分析方法,重点研究了环境温度及热辐射器件对关键器件成像镜头的性能影响。在便携式空间外差拉曼光谱仪光学和结构方案设计的基础上,建立热-结构耦合模型;仿真得到成像功能镜头内镜片的间距和面形的变化,并利用Zernike多项式拟合其变化;将拟合结果代入光学设计软件中进行成像质量评估和分析。结果表明,在使用环境温度(-10℃~40℃)范围内,调制传递函数在光谱仪截止频率76.9 lp/mm处对比度均优于0.38,满足便携式空间外差拉曼光谱仪的使用要求。     

成像型声光可调谐滤光器关键性能指标测试方法研究

成像型声光可调谐滤光器(acousto-optic tunable filter, AOTF)是近年来发展起来的一种十分重要的新型光谱成像仪器滤光器件。文章分析了成像型AOTF的基本工作原理,并研究了一套AOTF关键性能如衍射效率、波长温漂、空间衍射效率均匀性、图像漂移等指标的测试方法。     

上转换探测在脉冲CP_2激光雷达中的应用

本文研究了上转换探测器在脉冲CO_2激光雷达中的应用。该器件中的非线性红外晶体可把10微米波长的激光雷达辐射,转变为用一般的光电倍增管即可探测的可见光辐射。用上传换探测器可以显著地改善脉冲CO_2光雷达的性能,配置这种上转换探测器是利用上转换信号的窄带滤光器或前端的冷却滤光器来抑制热背景辐射。具有窄带可见光波滤光器的上转换探测器的灵敏度估计要比用光电二极管直接探测高两数个量级。冷滤光器可以使上转换探测几乎达到信号噪声极限。这些上转换探测器也象脉冲外差探测器一样,不会受斑点噪声的限制。     

基于液晶滤光器的连续光谱成像测试装置

为了使普通光学采集设备同时获得样品光学形态和成份信息,设计了一种可以实现连续光谱成像的测试装置.系统采用电可调液晶滤光器作为分光器件,低照度面阵CCD作为接收器,光谱分辨率可达到0.5 nm,无需传统光谱成像仪中的机械推扫装置.在系统设计中,软件设计目的在于能够实现数据采集控制和后台数据处理等功能.对系统的工作参量进行了测试,给出了系统透过率函数和线性工作范围.为了检测设备工作的稳定性,对低压汞灯和氦氖激光器的光谱进行了检测,给出了多次测试结果的标准误差.最后对中药黄连的活性成份盐酸小檗碱进行了在体检测,通过确定光谱特征,可得到其空间分布信息.     

新型聚合物分散液晶相位光栅的制备

把具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合 ,注入表面经过取向处理的液晶盒中。以紫外灯为光源 ,通过光掩膜法 ,使混合物在光场的引发下发生相分离 ,形成液晶 /聚合物相位光栅。由于相分离后液晶在取向膜的作用下沿液晶盒面方向旋转 180° ,克服了传统液晶光栅器件对入射光偏振方向的依赖 ,提高了光的有效利用率。采用光学显微镜和He Ne激光器进行测试 ,结果表明所制样品具有较好的栅结构 ,其衍射效率不受入射光偏振方向的影响且具有电场可调性。该光栅制作方法简便 ,驱动电压低 ,在光通信器件、衍射光学、投影显示、光开关等领域有广泛的应用前景     

液晶法布里-玻罗滤波器可调谐特性分析

分析了液晶法布里－玻罗可调滤波器中介质反射镜反射相位引起的峰值波长漂移. 液晶法－玻滤波器通过外加电压调谐峰值波长, 反射相位会导致峰值波长漂移使器件不能达到DWDM系统的使用要求. 本文推导了一套计算反射镜反射相位的公式,将它应用于液晶法-玻可调滤波器的理论设计, 模拟结果定量表示了反射相位对峰值波长造成的影响. 这对确定液晶可调滤波器峰值波长和设计器件电驱动装置具有重要意义. 由此设计了一个在光通讯波段可单调调谐的液晶法-玻滤波器.