用等效应力法分析温度变化对胶粘反射镜面形的影响

基于等效应力法分析了温度变化对反射镜面形准确度的影响.对反射镜粘接处施加一定量的径向强迫位移约束,使其受到与热应力大小一致的应力作用,在该强迫位移约束下反射镜面形变化与热应力作用下反射镜面形变化基本一致.对直径为70mm、厚度为15mm的反射镜进行粘接实验,用ZYGO干涉仪测定温变前后反射镜的面形变化.当温度由20℃降到16℃时,反射镜面形峰谷值和均方根值的变化量分别为0.005λ和0.002λ(λ=632.8nm),理论计算的峰谷值和均方根值变化量分别为0.004λ和0.002λ;当温度由20℃升高到30℃时,反射镜面形峰谷值和均方根值变化量分别为0.013λ和0.006λ,理论计算的峰谷值和均方根值变化量分别为0.012λ和0.004λ,实验值和模拟分析值基本一致.     

用于超薄反射镜热成形的Pt、Pt/Cr分离膜

针对热弯玻璃成形法制备高精度超薄反射镜时Pt分离膜造成的镜片污染问题,研究了Pt/Cr分离膜中不同Cr层厚度对热成形超薄反射镜玻璃基底表面粗糙度的影响.采用厚度为0.3 mm的Schott D263玻璃作为超薄反射镜基底材料,选取Pt、Pt/Cr作为模具和D263镜片之间的分离层材料进行实验.Pt薄膜的厚度为50nm,Cr层厚度分别为5nm、3.5nm、2.5nm、1.5nm,热成形实验采用"直接"复制方式.实验结果表明:Cr层厚度为1.5nm时,成形后模具表面分离膜未发生脱落,镜片表面粗糙度约为0.5nm,与D263镜片初始值接近,能够满足高能X射线望远镜对反射镜基底表面粗糙度的要求.     

腔体吸收器位置对太阳能槽式系统光热转换性能的影响

针对腔体吸收器安装位置对其光热转换性能的影响进行了理论、模拟、实验研究。构建了太阳能槽式系统吸收器表面辐射热损失的物理模型,并进行了数学验证,结果表明吸收器表面的辐照度趋于均匀分布时,系统的热辐射损失减小。基于TracePro软件模拟了腔体吸收器在不同位置时的光学效率、辐照度标准差,发现腔体吸收器安装位置小于焦距时可获得较好的光学性能,采用焦距为1200mm的槽式系统进行了腔体吸收器光热转换性能的实验验证,当腔体吸收器安装焦距为系统焦距的98.75%,集热温度为201.3℃时,所构建的槽式系统的热效率可达35.53%。     

平台间光束耦合传输与控制技术研究

介绍了平台间光路耦合传输系统的构成及光轴稳定控制的实现方法,开展了耦合校正系统和探测控制系统的设计,对校正系统进行了动态范围和模态仿真,优化设计后研制出光束耦合传输与控制系统。在对快反镜性能参数测试之后,开展了平台间光束耦合传输与控制实验,当振动台加载0 db振动谱且控制系统开环时,光轴X轴抖动10.9″@RSM,Y轴抖动102.3″@RSM,闭环时,光轴X轴抖动0.75″@RSM,Y轴抖动1.11″@RSM,通过频谱分析发现,快反镜光轴耦合系统闭环时对28 Hz以内光轴抖动具有较好地抑制作用,在系统开环残差较大的频率段2～6 Hz的抑制比为?40～?30 dB。实验结果表明,该光轴耦合控制系统对平台间光束传输过程中光束抖动具有较好地抑制和稳定效果。     

高功率准分子激光主振荡功率放大系统光学元件的稳定性

为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响,建立了分析模型,利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点,有效地简化了系统光路,建立了系统光路模型;按照系统打靶精度要求,利用三维坐标变换和光线追迹法,计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律;最后,对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明,反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素,且主放大光路中反射镜在X方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0.8和1.6μrad。实际测量结果表明,设计的镜架在X方向和Y方向最大的变化范围分别为0.6和0.81μrad,满足系统实验要求。     

玻璃平板厚度测量的实验研究

平板玻璃生产中需要对玻璃厚度进行精确地测量。本文通过理论模拟和实验研究了应用白光干涉测量技术,来测量玻璃平板厚度的方法。系统通过步进电机控制精密平移台的移动,实测了一个标称厚度为5mm的玻璃平板,通过多次采样取平均的方法,结果误差为0.34%。     

高功率准分子激光主振荡功率放大系统光学元件的稳定性

为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响,建立了分析模型,利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点,有效地简化了系统光路,建立了系统光路模型;按照系统打靶精度要求,利用三维坐标变换和光线追迹法,计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律;最后,对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明,反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素,且主放大光路中反射镜在X方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0.8和1.6μrad。实际测量结果表明,设计的镜架在X方向和Y方向最大的变化范围分别为0.6和0.81μrad,满足系统实验要求。     

基于等效节点理论确定光轴方法的研究

针对目前高精度光学系统光轴标定存在的误差问题,提出了一种基于等效节点理论对系统实际光轴进行标定的方法,通过建立基准坐标系、节点坐标系和探测器坐标系,结合齐次坐标变换的方法构建适用于实际系统光轴标定的数学模型。以焦距为100 mm,物方节点与像方节点之间的距离为20 mm的光学系统为例,基于小旋量理论对其光轴精度影响因素进行了分析与计算,结果表明平行光管、转台、与标定模型三方面引入的标定误差低于10'。为不同的光学系统基于等效节点理论进行光轴标定时的精度分析提供了方法与依据。     

背部支撑型空间反射镜镶嵌件粘接结构设计

基于不同的边界条件,建立了针对带锥度盲孔的空间相机反射镜组件胶层厚度的计算模型,利用力学模型计算粘接处符合设计要求的胶层厚度范围。通过建立的有限元模型,计算并拟合得到相应的胶层厚度-应力曲线,得出最优的胶层厚度为0.055mm。为了检验粘接结构的面形精度,进行了自重、温升条件下的反射镜组件镜面变化的模拟分析,采用温度载荷法模拟实际固化后胶层收缩对镜面的影响,并进行组件试验。仿真和试验结果表明,胶层厚度在0.055mm时反射镜组件具有足够的抵抗外界温变、振动干扰的能力,满足设计要求。     

玻璃基底Wolter-1型X射线聚焦镜研制及测试

Wolter-1型X射线聚焦镜可将掠入射的X射线反射至焦平面处,具有较强的成像探测能力,在天文探测等领域中具有重要作用.通过建立几何模型对反射镜面及反射光线方程进行理论计算,推导出了适用于以玻璃为基底材料的聚焦镜设计参数方程,可用于对此类聚焦镜进行理论设计,依据理论设计,采用具有极高表面光洁度的超薄肖特D263T玻璃经热弯成型后作为反射镜基底,在反射镜表面制备金属铱薄膜作为反射膜研制了Wolter-1型反射镜组,并使用激光三维扫描仪对所研制的聚焦镜片面型进行了测试.测试结果显示,实际镜片面型与理想镜片面型公差在10 μm以内的测试点占总测试点的50%.通过搭建可见光条件下的焦斑测试系统,使用图像采集相机采集焦斑的灰度图像,通过图像分析软件分析计算该灰度图像的灰度分布来定量分析焦斑的能量分布情况,从而确定焦斑特性参数.实验结果显示：研制出的聚焦镜片焦距为1.6 m,焦斑的半能量包围直径为0.33 mm,对应角分辨率为0.7角分.     

Optical, Energetic and Exergetic Analyses of Parabolic Trough Collectors

Parabolic trough collectors generate thermal energy from solar energy. Especially, they are very convenient for applications in high temperature solar power systems. To determine the design parameters, parabolic trough collectors must be analysed with optical analysis. In addition, thermodynamics （energy and exergy） analysis in the development of an energy efficient system must be achieved. Solar radiation passes through Earth＇s atmosphere until it reaches on Earth＇s surface and is focused from the parabolic trough collector to the tube receiver with a transparent insulated envelope. A11 of them constitute a complex mechanism. We investigate the geometry of parabolic trough reflector and characteristics of solar radiation to the reflecting surface through Earth＇s atmosphere, and calculate the collecting totM energy in the receiver. The parabolic trough collector, of which design parameters are given, is analysed in regard to the energy and exergy analysis considering the meteorological specification in May, June, July and August in 1sparta/TUrkey, and the results are presented.     

开放光路TDLAS气体检测系统光学接收组件设计

针对开放光路TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱技术)气体检测系统中,由于角反射器在生产及使用过程中表面光洁度下降及大气传输扰动造成回波信号入射方向与接收透镜光轴非严格平行,从而导致系统探测灵敏度下降的问题,分析回波信号与菲涅尔透镜光轴夹角不同时的汇聚点偏移量,设计了由圆锥体反射器和抛物面反射器组成的二次光学元件,并运用TracePro光学软件对其参数进行优化。在回波光线-6°~6°入射角偏差范围条件下对优化设计的光学接收组件进行聚光特性模拟。模拟结果表明:优化设计的光学接收组件接收角为4.9°,光学效率为78.24%,与单独菲涅尔透镜及菲涅尔透镜-复合抛物面聚光器(CPC)光学接收组件相比聚光性能明显提高,适用于实际检测过程。     

LDA侧面泵浦固体激光器泵浦结构参数优化

为LDA侧面泵浦Nd∶YAG棒状固体激光器的优化设计、参数选取及后续试验提供了理论依据和参考,建立了环形侧面泵浦棒状介质泵浦光场分布数值计算模型,研究了LDA侧面泵浦固体Nd∶YAG激光器泵浦光场的分布特点。模拟分析了LDA的bar间距、玻璃管厚度、激光晶体半径等几个主要泵浦结构参数对泵浦光场分布的影响。通过对不同泵浦参数下泵浦光分布特性的数值计算,优化了LDA侧面泵浦固体激光器的泵浦结构参数,优化后的仿真结果表明:在泵浦距离为2 mm条件下,晶体直径为4 mm,玻璃管套筒厚度为1 mm,冷却水层厚度为1 mm时,泵浦光在晶体中心处强度相对值为40.8%,在晶体轴心附近分布比较均匀,且均匀分布区域相对较大。     

多曲面槽式太阳能集热器的光线追踪分析

介绍了一种新型多曲面槽式太阳能聚光集热系统的工作原理,在计算机上进行三维建模,利用光学分析软件对该聚光集热系统安装平面型接收器和圆柱型接收器进行光线追迹分析,考察了接收器上的接收光束随入射光束角度的变化情况。通过追迹模拟,直观地再现了聚焦光线的分布、焦线宽度、偏心量和光线传输效率随入射偏角的变化。并对两种接收器类型产生...     

COB光源的窄光束均匀照明设计

为了解决高功率白光LED光源输出高均匀度窄光束的问题,设计了一种由复合抛物面反射器、菲涅尔透镜和非球面透镜组成的照明系统。设计中以板上芯片型（COB）集成光源的配光曲线为依据构建光源仿真模型,由复合抛物面反射器实现大角度光线初次会聚之后,再由菲涅尔透镜控制溢散光,最后利用非球面透镜进行准直配光。采用TracePro进行蒙特卡洛光线追迹,根据仿真得到的系统性能指标,并研制出实物装置进行实验测试。最终测试结果表明:窄光束均匀照明系统可以输出±7.9°的光束,并且在距离系统出光面0.7 m左右的区域形成均匀度超过96%的圆形光斑,整体光效达到60%。     

Micromorph tandem solar cells: optimization of the microcrystalline silicon bottom cell in a single chamber system

We report on the development of single chamber deposition of microcrystalline and micromorph tandem solar cells directly onto low-cost glass substrates. The cells have pin single-junction or pin/pin double-junction structures on glass substrates coated with a transparent conductive oxide layer such as SnO₂ or ZnO. By controlling boron and phosphorus contaminations, a single-junction microcrystalline silicon cell with a conversion efficiency of 7.47% is achieved with an i-layer thickness of 1.2 μm. In tandem devices, by thickness optimization of the microcrystalline silicon bottom solar cell, we obtained an initial conversion efficiency of 9.91% with an aluminum (Al) back reflector without a dielectric layer. In order to enhance the performance of the tandem solar cells, an improved light trapping structure with a ZnO/Al back reflector is used. As a result, a tandem solar cell with 11.04% of initial conversion efficiency has been obtained.     

槽式DSG太阳能集热系统模拟分析

以采用真空集热管的一次通过式槽式DSG太阳能集热器为研究对象。基于集热器管内水工质的流型与传热特性,建立了集热器稳态传热模型,并验证了模型及计算方法的合理性。分析了当出口为400℃过热蒸汽时,集热器传热受太阳辐射强度、管径、水工质入口参数等的影响规律。结果表明集热器的传热效果取决于周围环境的边界条件以及集热器结构参数和水工质运行参数的选取,本文结论为DSG集热器的设计及运行提供了理论参考依据。     

Fiber-to-waveguide coupler based on the parabolic reflector

We present a fiber-to-waveguide coupling structure, the so-called vertical J coupler, based on the parabolic reflector. The device addresses the multiple objectives of high coupling efficiency, large bandwidth operation, polarization insensitivity, and compact footprint. The optical mode emanating from a fiber arranged normal to the plane of the substrate is incident underneath the parabolic reflector, turned through 90 degrees and focused into a dielectric waveguide. The viability of the coupler is demonstrated by finite-difference time-domain electromagnetic simulation as well as preliminary fabrication and optical testing of the device.     

KBA型X射线显微系统

KBA型X射线显微镜的物与像不在同一水平面上,采用双对准方式解决了在靶室安装这套仪器的困难。与通常的光学系统不同,KBA显微镜的伪光轴与实轴夹角8.748 6,设计了观察系统,保证了掠入射角的要求。KBA显微镜的物方孔径角很小,用可见光装调焦深很大,无法满足要求,因此设计了辅助光学成像系统,满足了焦深为5 mm的要求。     

新型LED太阳模拟器光学系统设计及仿真

针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题，基于光电一体化二次光学设计，提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源，通过混光棒和微结构进行匀光，最后利用抛物面镜实现光线的准直输出，基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化，实验结果表明:在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。