光栅扭矩动态测量系统设计及实现

机械主轴在各种载荷和工作环境下的扭矩测量，国内外一直没有比较好的解决方案。针对这一现状，提出通过在主轴2端安装圆光栅及指示光栅，采用对光栅莫尔条纹计数及细分的方法实现主轴扭矩非接触式动态直接测量。其方法是在将莫尔条纹进行光电转换后，采用集成可编程模拟器件对信号进行放大、滤波和比较，然后利用软核微处理器实现数据采集、处理和控制，从而取代FPGA＋MCU的方式。实验中，测量系统采用1200条刻线的圆光栅，在主轴转速为0～1500r/min的范围内测量其扭矩，扭转角精度小于0.001°。实验结果表明，采用圆光栅莫尔条纹可以达到主轴扭矩高精度测量的要求，为机械主轴测量提供了一种新的非接触式测量方法。     

线双折射磁光光纤光栅中光偏振态演化

根据导波光的微扰理论得到了线双折射磁光光纤光栅中导波光耦合模方程,并给出了其解析解。借助于归一化斯托克斯参量,研究了线双折射与磁圆双折射对光纤光栅中光偏振态的影响。研究表明,线双折射磁光光纤光栅中存在左旋和右旋两个本征的椭圆光偏振态,线双折射或磁圆双折射的大小只引起本征偏振态椭圆率的变化,而不改变主轴方位角。通过调节磁光光纤光栅中两种双折射的相对大小可方便地控制输出导波光的偏振态,从而使磁光光纤光栅在光纤通信与传感中具有广泛的潜在应用。     

柱面光栅角度分度系统精密轴系的设计

设计分析了柱面光栅精密角度分度系统中的主轴轴系,阐述了角度分度系统中双轴轴系的设计原理及结构组成,给出了相应的双轴零位对准方法及主轴角度分度测量方法。轴系经安装调试后,得到了当主轴转动一个周期时柱面光栅角度分度实验数据输出曲线。实验结果表明,该轴系达到了所要求的测角精度和分辨率。     

脉冲压缩光栅光路调节新方法研究

介绍了一种简单而实用的大口径脉冲压缩光栅光路调节方法,有效解决了普通光路调节方法中轴向调节精度不高的问题。首先由全息透镜(光栅)成像公式出发,推导出了该光路调节的基本原理。并从光栅记录系统与光栅衍射波像差的关系,结合初级像差理论推导得出叠栅条纹像差为0.4786λ,大约是光栅衍射波像差(0.25λ)的两倍,利用此关系也可对光栅衍射波像差进行实时监测。从数值模拟结果可知,利用叠栅条纹法调节光路可将光栅波像差减至0.06λ,相应的轴向误差量为0.007 mm,可有效提高了轴向调节精度。     

连续线性温度梯度场对啁啾脉冲放大系统中啁啾光纤光栅的色散调节效应

利用啁啾光纤光栅的温度可调谐效应,提出了一种新型的色散补偿方法.该方法使啁啾光纤光栅处于一个连续的线性温度梯度场中,通过调节啁啾光纤光栅两端的温度差,改变其色散量,实现在以啁啾光纤光栅为展宽器和以体光栅为压缩器的超快激光系统中对输出脉宽的连续精密调节,并通过实验验证这一方法的可行性.实验结果表明:沿着啁啾光纤光栅应用连续的温度梯度场,当温差从0℃到50℃变化时,可以连续地调节啁啾光纤光栅的色散参数.展宽器和压缩器之间的色散失配可以通过调节线性温度场的温度梯度得到补偿,避免了繁琐的脉宽优化步骤.本文是以啁啾体光栅为压缩器的光纤啁啾脉冲放大系统中通过调节施加在展宽器上的连续线性温度场的梯度,实现对啁啾脉冲系统中的色散失配进行精密调制的技术方案.     

在保偏光纤上制作光纤光栅的应用研究

提出一种在保偏光纤上计算光纤拍长的方法，即在保偏光纤上制作光纤光栅，利用光纤光栅的特性可以方便地求得光纤的拍长，同时，发现在保偏光纤上写入光纤光栅，其过程等效于在两个主轴上分别写入了一个光纤光栅，并且这两个光栅对于光的偏振态具有选择性，它们分别作用的偏振态是相互正交的。利用此特性，可以得到偏振消光比比较高的偏振分束器。     

衍射光栅的改进

在原有光栅上方镀上双面反射镜，这种改进后的光栅可替代附件平面镜，减少了实验步骤，方便了光栅平面的调节，降低了测量误差．     

二元光学液晶闪耀光栅的特性分析

在二元光学理论的基础上,结合波动光学理论和液晶指向矢的计算提出一种新的二元光学液晶闪耀光栅设计.对液晶光栅电极施加阶梯分布的电压使之形成相位阶梯形分布,推导出液晶闪耀光栅的衍射效率.结果表明,通过改变周期单元光栅电极数日而改变光栅常数,可以改变光衍射角度,一级衍射角度调节范围0°～10°;调节电极电压可以使特定级次衍射光效率达到90%以上,使该级次得到闪耀.     

新型长周期光纤光栅的横向负载特性及其偏振相关性研究

发现高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅谐振波长的横向负载特性具有较强的负载方向相关性,而损耗峰幅值的横向负载特性的方向相关性较弱.不同圆周方向的横向负载对谐振波长偏振相关性的影响差异较大,但对损耗峰幅值偏振相关性的影响差异较小.利用横向负载引起双折射进而导致光栅的光学主轴旋转的相关理论,合理解释了该长周期光纤光栅独特的横向负载特性及其偏振相关性.     

全息曝光系统轴向调节误差对光栅衍射波像差的影响

光栅衍射波像差作为全息光栅重要的技术指标之一,直接影响光栅分辨率,其中曝光光学系统的调节误差是引起光栅衍射波像差的主要因素。采用q参数讨论了高斯光束在光栅曝光光学系统中的传播和变换,通过计算高斯光束经准直系统后的相位给出了叠栅条纹相位分布的解析表达式,由此系统分析了曝光系统调节误差与光栅衍射波像差的关系。理论分析结果表明:左右曝光光路准直系统的相对离焦对光栅衍射波像差的影响最为显著;相对离焦量相同时,光栅衍射波像差随曝光系统焦距的减小而逐渐增大;理论模拟的条纹分布与实验中获得的叠栅条纹能够很好吻合。     

光栅衍射实验教学中的体会

文中首先介绍了光栅衍射实验教学的难点以及实验的调节目标.之后依次分析了学生在光栅衍射实验调节中经常遇到的问题,例如：分光计的粗调调节不到位;望远镜目镜视场中观察不到由双面平行平面镜反射回来的绿色“＋”字叉丝像;平行光管的光轴没有与望远镜光轴共轴;望远镜目镜视场中观察不到由光栅面反射回来的绿色“＋”字叉丝像.最后,结合实际的教学经验,给出了各个问题相应的解决方法,对教学实践具有一定的参考价值.     

分光计快速调节法——跟踪法剖析

在分光计实验中，调节望远镜光轴与分光计中心轴相互垂直的过程是实验中花费时间较长、出现问题较多的一个环节，利用望远镜跟踪望远镜与平面镜一侧达到自准的十字丝像，并逐步调节以达到望远镜与平面镜另一侧也自准的跟踪法，能够快速完成望远镜光轴与分光计中心轴垂直的调节过程。     

太阳极紫外成像光谱仪光学系统设计与分析

针对太阳极紫外成像光谱仪的应用目的与工作环境,设计了一种太阳极紫外成像光谱仪的光学系统.该系统由望远系统、狭缝、光栅与探测器组成.望远系统采用离轴WolterⅡ型结构,入射光掠入射进入系统,具有光谱范围宽、稳定性高、克服恶劣空间环境能力强等优点.扫描镜采用平面反射镜,成像质量不随扫描角的改变而改变.分光光栅采用超环面3 600lines/mm变间距光栅,与超环面等间距光栅相比,具有成像质量高、光谱分辨率高、缩短系统长度的优势.工作波段为17.0～21.0nm,可满足探索温度在5.8≤log T≤6.3区间的宁静日冕的需要.视场为1 228″×2 400″,空间分辨率达到0.8arc second/pixel,光谱分辨率约为0.001 98nm/pixel,总长度不超过2.5m.计算了望远系统的理论有效面积,给出了望远系统的成像质量与实际的视场.系统整体的成像质量、光栅的谱线弯曲与谱带弯曲,均满足实际应用要求.     

4～120 nm波段的单色仪光束线设计

合肥国家同步辐射实验（ＮＳＲＬ）在表面物理光束线中应用了新的简单平面光栅单色仪作为分光仪器。它采用平面光栅和球面镜我学成像系统,波长选择由光栅绕其中心轴转动和球面绕一镜面外的轴转动完成,单色仪在４－１２０ｎｍ光谱范围内具有高的光学传输效率、高的光谱分辨率。     

地平式望远镜消旋K镜的设计

地平式望远镜在进行天体目标跟踪观测时会产生像旋,即视场中的星体会围绕视轴中心旋转,给实时目标识别和基于多帧积累的图像处理算法带来了诸多不便.本文针对地平式望远镜的Coude光路,设计了一种通光口径较大,由三面平面反射镜组成的K镜消旋机构来消除像旋.消旋K镜由三面反射镜组成,通光口径为42 mm,第一面反射镜与第三面反射镜的夹角选择为120°,使K镜通光口径较大,能在全光谱波段范围内使用.入射光线绕光轴转动一定的角度,K镜相应的转动入射光线转角的一半,则出射光线不产生旋转.第一面反射镜和第三面反射镜由两面平面镜固定在金属三角架上组成,替代由三棱体磨制的反射镜面,利用自准直平行光管和高准确度转台装配各反射镜,使K镜光轴和回转轴同轴,并采用直流力矩电机直接驱动,使系统具有较快的响应速度.测角元件采用Renishaw圆光栅,细分后的角分辨率为0.072″.     

地平式望远镜消旋K镜的设计

地平式望远镜在进行天体目标跟踪观测时会产生像旋,即视场中的星体会围绕视轴中心旋转,给实时目标识别和基于多帧积累的图像处理算法带来了诸多不便.本文针对地平式望远镜的Coude光路,设计了一种通光口径较大,由三面平面反射镜组成的K镜消旋机构来消除像旋.消旋K镜由三面反射镜组成,通光口径为42mm,第一面反射镜与第三面反射镜的夹角选择为120°,使K镜通光口径较大,能在全光谱波段范围内使用.入射光线绕光轴转动一定的角度,K镜相应的转动入射光线转角的一半,则出射光线不产生旋转.第一面反射镜和第三面反射镜由两面平面镜固定在金属三角架上组成,替代由三棱体磨制的反射镜面,利用自准直平行光管和高准确度转台装配各反射镜,使K镜光轴和回转轴同轴,并采用直流力矩电机直接驱动,使系统具有较快的响应速度.测角元件采用Renishaw圆光栅,细分后的角分辨率为0.072″.     

Flat field spectrograph using convex holographic diffraction grating and concave mirror

In this paper we have discussed the aberration properties and the design procedure of a spectrograph which uses a convex holographic grating as the dispersing element and a concave mirror as the focusing element. Both the concave mirror and the convex grating have common axis and they are concentric. The grating is constructed by recording the interference fringes on the convex surface which are formed by two convergent light beams incident from opposite sides of the axis. The illuminating source of the spectrograph is located on a plane perpendicular to the axis and passing through the common centre. It has been found that under certain conditions both positive and negative order spectra are perfectly focused on this plane. Aberration properties of the zero order image as well as the positive and the negative order spectral images have been studied by actual ray tracing. Using this system, design parameters of a medium-sized spectrograph having moderate dispersion and good resolution throughout theuv-visible region of the spectrum have been specified. The performance of the spectrograph has been evaluated by plotting spot diagram. The authors felicitate Prof. D S Kothari on his eightieth birthday and dedicate this paper to him on this occasion.     

光杠杆放大法测量的误差分析及改进方法

分析了利用光杠杆放大法测量微小长度变化量的实验中,光杠杆镜面与望远镜光轴不垂直时,对测量结果所产生的误差。改进了实验装置,安装了两个量角器,可方便调节光杠杆平面镜与光学望远镜的角度,使光杠杆镜面与望远镜光轴能达到严格垂直的效果,从而减小因光杠杆镜面法线与望远镜光轴存在偏转角度而引起的测量误差。     

基于Dyson同心系统的光线折叠式成像光谱仪优化设计

基于Dyson同心光学系统的凹面光栅成像光谱仪具有像差小、孔径高、结构简单紧凑的优点,同心结构要求光谱仪子系统的物面和像面必须重合为一个平面,且物点和像点之间距离非常小。现有的焦平面探测技术和装配技术难以满足理论设计要求。为了解决实际中物点和探测器的安置问题,对传统Dyson同心光谱仪光学系统进行了改进设计,通过在成像光束中引入离轴反射镜实现像面位置的转移。结果表明：改进后的光学系统由于成像光束发生折叠,物面和像面成功分离,且改进后系统的全波段像差得到更合理的分配。     

凹(平)面衍射光栅稳定共振腔的近似分析

本文从自洽的费涅耳衍射积分方程出发,利用费涅耳数近似趋于无穷,计算了凹(平)面锯齿形和截端锯齿形衍射光栅稳定共振腔的共振模特性。结果指出:当光栅槽很浅,满足光栅自准直条件,在一定的角度范围内,腔内的场振幅分布近似与光栅的闪耀角无关。垂直于光栅槽方向(x方向)的场分布由m阶厄米-高斯函数和微扰项(m+1阶和m-1阶厄米-高斯函数)表示。微扰项随光栅倾角的增大而增大。当微扰项可以忽略不计时,倾斜的光栅可以和垂直于光轴、曲率半径为Γ₁cos³θ(x方向)和Γ₁cosθ(y方向,平行于栅槽方向)的长条凹镜等效。文中给出了栅、镜面上的场分布、稳定性条件、频谱分布及输出场特性。 关键词：