自组装静电驱动微机电系统倾斜镜

研制了一种基于自组装技术的静电驱动微机电系统(MEMS)倾斜镜,并利用表面硅工艺PolyMUMPs制备了样品。倾斜镜主要由一个中心镜面,两个偏转梁和两个可实现自组装的复合悬臂梁组成。中心镜面离衬底的高度可通过增大金和多晶硅复合悬臂梁的残余应力梯度得到提升。热退火技术被用于提高金层的残余应力。器件结构利用有限元仿真软件进行了优化并通过实验进行了验证。经过200 ℃热退火后,倾斜镜的偏转角度可以达到3.6。该倾斜镜可运用于微光机电系统。     

非均匀光斑导致相变镜镜面偏转的研究

 针对高功率激光器中非均匀光斑热致变形导致光轴偏转的问题，提出用相变致冷镜作为腔镜来减小镜面变形峰谷值和角向偏转，在2kW连续二氧化碳激光器上进行了热变形和光束漂移实验。实验表明，与普通实心硅镜相比，相变致冷镜镜面温度分布更均匀，可有效地减小镜面偏转角和光斑中心漂移，提高远场光束质量。     

利用微悬臂梁研究聚N-异丙基丙烯酰胺在金表面的自组装

利用微悬臂梁传感技术研究了巯基化的聚N-异丙基丙烯酰胺（HS-PNIPAM）在微悬臂梁金面上的自组装过程.由于大分子的构象变化改变了分子间的相互作用,导致微悬臂梁的表面应力改变,使微悬臂梁发生弯曲.通过光学方法实时读出微悬臂梁的弯曲信号,得到HS-PNIPAM的自组装动力学曲线.通过对不同分子量HS-PNIPAM的实验结果分析表明：HS-PNIPAM在自组装过程中存在三个阶段,分别对应不同的分子构象.第一阶段为物理吸附阶段,第二、三阶段为伴随着分子构象变化的化学吸附阶段.吸附曲线符合Langmuir等温吸附.分析结果还显示HS-PNIPAM的表面吸附速率κ远小于小分子的吸附速率,并与分子量成负指数关系;HS-PNIPAM的自组装时间远大于小分子的自组装时间,并与分子量成正比;底物表面应力的改变与HS-PNIPAM的分子量成线性关系. 关键词： 微悬臂梁 聚N-异丙基丙烯酰胺 自组装 构象转变     

激光器腔镜夹持方式对热变形的影响

 分析了当前大功率激光器腔镜采用的几种夹持方式特点，采用有限元软件计算了腔镜不同夹持方式下的镜面热变形和镜体最大应力，并对两种夹持方式下的应力破坏进行了分析。发现夹持方式对大功率激光器腔镜镜面变形影响很大，镜体边界沿径向固定的压圈法效果优于沿轴向固定的弹性压板法。     

提高离轴三反射镜系统成像质量的途径

介绍了离轴三反射镜系统的设计方法 ,即在共轴三反射镜系统求得初始结构参数的基础上 ,将光阑置于第一面 ,适当离轴 ,在避免中心遮拦后再对系统进行优化。利用具有高次非球面项的镜面 ,并对镜面实施离轴、倾斜 ,这都能有效地提高离轴三反镜系统的成像质量。例举了一个大相对孔径、大视场角和一个相对孔径不大、视场角较小的离轴三反射镜系统作为设计的实例。通过对镜面加高次非球面系数、离轴量、倾斜量并进行优化 ,得到了成像质量良好 ,系统的总长度较小的结构     

迈克尔逊干涉光谱仪动镜倾斜误差容限分析

系统分析了迈克尔逊干涉光谱仪中平面动镜在运动过程中发生倾斜致使反射光束偏转时对干涉图的影响.结果表明,光束偏转带来的误差分为三部分：光束偏转导致整体增加的恒定光程差,垂直光轴方向因不同光线而引入的偏移光程差以及偏转光束中心相对于光轴的偏移量.从调制度和相位误差角度给出了平面动镜倾斜误差容限,并讨论了减小干涉图受光束偏转影响的方法.     

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。     

聚变实验堆真空室壳体成型残余应力分析

为了了解聚变实验堆真空室壳体表面残余应力的分布以及退火工艺对残余应力的影响，通过模拟分析和实验检测两种方式对不锈钢316LN冷压曲面和热压曲面残余应力进行研究，获得退火前后曲面表面残余应力的大小，得到冷压曲面和热压曲面残余应力的分布以及退火工艺对残余应力分布的影响。研究结果为分析成型工艺提供数据支撑，对中国聚变工程实验堆真空室的研究与制造具有重要意义。     

聚变实验堆真空室壳体成型残余应力分析

为了了解聚变实验堆真空室壳体表面残余应力的分布以及退火工艺对残余应力的影响,通过模拟分析和实验检测两种方式对不锈钢316LN冷压曲面和热压曲面残余应力进行研究,获得退火前后曲面表面残余应力的大小,得到冷压曲面和热压曲面残余应力的分布以及退火工艺对残余应力分布的影响。研究结果为分析成型工艺提供数据支撑,对中国聚变工程实验堆真空室的研究与制造具有重要意义。     

超高速摄影中蜂窝结构转镜的设计与力学分析

 提出了蜂窝结构的三面体转镜,对这种新型转镜做了结构设计,并利用3维有限元计算技术,分析了蜂窝结构的三面体铝合金转镜的力学性能。结果表明：对镜面尺寸17.325 mm、轴向长度32.5 mm的三面体铝合金转镜,在5×10 ⁴ r/min转速下,镜面最大变形量为0.547 μm,约为原结构铝合金转镜镜面的16%,与相同结构尺寸的铍转镜镜面变形量处于相同量级;内部最大应力小于原结构铝合金转镜。     

正电压边缘驱动的双压电片变形镜研制

为提高变形镜的热稳定性,提出一种用正电压边缘驱动的双压电片变形镜,通过环形电极产生整体离焦偏置,分立电极校正波前像差,只用正向电压即可实现镜面双向变形,且此变形镜结构对称受热应力影响小.制备变形镜样机并进行测试,测试结果表明:初始镜面展平后残余误差小于λ/30(λ=1 064nm);精确重构了典型低阶Zernike多项式像差,像散、离焦、三叶草和彗差像差的重构幅值分别达到11.1μm、9.7μm、5.7μm和4.2μm,归一化残余误差分别为1.0%、1.0%、3.3%、6.0%;此外,实验生成了新型无衍射艾里光束,并显示出优异的重构性能.     

退火处理对ZnO纳米线紫外探测器性能的改善

通过介电泳方法定向排列了ZnO纳米线,制作了自组装有序的纳米线紫外探测器.为了适合在金叉指电极上排列,用水热方法设计生长了超长的ZnO纳米线,并通过700℃的热退火处理,使得可利用的表面缺陷增多.通过研究器件的光致发光光谱和光响应,发现光、暗电流比和响应恢复时间有显著提高,并分析了其中可能的机理.     

水银柱活塞差动式光纤布拉格光栅倾角传感器

为了适应公路边坡倾斜监测的需要,提出了一种新型的水银柱活塞差动式光纤布拉格光栅(FBG)倾角传感器。传感器所测对象的倾角发生变化时,水银柱在金属壳内的有效长度发生改变,对传压活塞的压力也相应改变。传压活塞通过传力杆将水银的压力传递给等强度悬臂梁自由端,使得粘贴在等强度悬臂梁左右两侧的FBG中心波长变化。利用有限元方法在不同倾斜角度下运用两点粘贴法分析等强度悬臂梁与FBG的应力特性,根据仿真参数研制了倾角传感器,并对该传感器进行了角度标定实验和温度敏感实验。实验结果表明,FBG倾角传感器量程范围为0°~40°,灵敏度为21.8pm/(°),拟合度R2为0.998,重复性为1.12%。     

超高速摄影中三面体转镜力学特性的计算机仿真

基于弹性力学空间问题的基本理论与有限元计算技术，建立了转镜力学分析的数值方法，并与四面体钢转镜的计算结果做了对比，表明它能够较为精确地模拟出转镜的强度及其任意点处的位移.利用该方法，计算了目前常用的三面体金属铍转镜和铝合金转镜的稳态强度，得出了转镜镜面变形量及内部应力分布的定量数值.结果表明,金属铍转镜在强度和镜面变形两方面均优于铝合金转镜.     

利用微悬臂梁表面应力研究聚N-异丙基丙烯酰胺分子的构象转变

提出了一种基于微悬臂梁传感技术研究大分子折叠/构象转变的新方法.通过分子自组装的方法将热敏性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)分子链修饰到微悬臂梁的单侧表面，用光杠杆技术检测温度在20—40℃之间变化时由于微悬臂梁上的PNIPAM分子在水中的构象转变所引起的微悬臂梁变形.实验结果显示：在升温过程中，微悬臂梁的表面应力发生了变化并且导致微悬臂梁产生了弯曲变形，这个过程对应着微悬臂梁上的PNIPAM分子从无规线团构象到塌缩小球构象的构象转变.在降温过程中，微悬臂梁发生了反方向的弯曲变形，这对应着PNIPA 关键词： 构象转变 聚N-异丙基丙烯酰胺分子链 表面应力 微悬臂梁     

用于地基望远镜的高分辨率倾斜镜设计

根据多镜面地基望远镜在近红外实现共相衍射极限成像的需求,提出了一种基于压电堆栈致动器的高分辨率倾斜镜设计方案。该方案以哑铃型柔性铰链和菱形位移缩小结构(RADS)作为倾斜镜的运动传递元件,压电堆栈致动器(PSA)作为动力元件,并使用电涡流传感器作为角度测量部件。介绍了高分辨倾斜镜的工作原理,并对哑铃型柔性铰链和菱形位移缩小结构进行设计。柔性铰链和位移缩小结构的关键结构参数均采用理论计算、实验和仿真进行优化。建立倾斜镜模型,利用理论计算和有限元仿真软件分别计算倾斜镜的倾斜角度和分辨率。实验结果表明:设计的倾斜镜角度分辨率达到0.017″,最大倾斜角度为14.6″,谐振频率为136.97 Hz,与有限元仿真结果相吻合,满足地基望远镜系统衍射极限成像的要求。     

激光冲击诱导弹簧钢丝残余应力状态分析

利用高功率Nd:YAG激光对不同工艺处理的SWOSC-V弹簧钢丝进行单点冲击处理,用X射线应力分析仪测量弹簧内外侧、侧表面的残余应力并计算出残余主应力,建立了激光冲击SWOSC-V弹簧钢丝表面残余应力的产生模型,并利用该模型分析了弹簧钢丝表面残余应力产生的原因。结果表明:弹簧钢丝在经激光冲击处理的表面强化区产生残余压应力,钢丝退火后直接激光冲击处理与经喷丸强化的钢丝激光冲击处理的表面残余应力变化不同,喷丸强化所引起的材料硬化是激光冲击处理弹簧钢丝残余应力变化不同的原因。     

镜面热变形对空地激光通信链路性能的影响

 低轨卫星在轨运行热环境条件下，不能有效释放热应力的反射镜面将产生热变形，镜面法向偏转可达百μrad量级；经其反射的光束将产生较大的指向偏差，严重影响空地激光通信链路的系统性能。对空地激光通信星上端机目前常用的压板法镜体固定方式进行的分析表明：镜体释放热应力后的法向角度偏差可减小近3个数量级，对由于热变形带来的光束指向偏差能进行很好地抑制，减轻对系统性能的影响。     

利用X射线衍射研究聚晶金刚石复合片的残余应力(英文)

通过x射线衍射方法研究了聚晶金刚石复合片中金刚石层内的宏观残余应力以及微观残余应力.宏观残余应力通过测量x射线衍射的峰值移动可以计算出来,微观残余应力由x射线衍射的峰形宽化决定.本文研究结果表明:我们研究的三种型号聚晶金刚石复合片中存在着宏观残余压应力和微观残余张应力,并且发现宏观残余压应力和微观残余张应力的大小随着金刚石平均粒径的增大而减小,根据x射线衍射研究表明这可能是由于随着金刚石粒径的增大,聚晶金刚石复合片中金刚石相的减少而非金刚石相的增加造成的.x射线衍射技术可以非破坏性的测量宏观和微观残余应力的大小,因此,这是一种很好的检测聚晶金刚石复合片中残余应力的方法,并可以通过应力的大小来优化聚晶金刚石复合片的最佳组分和工艺,同时也可以给出聚晶金刚石复合片的最佳工作条件.     

不同退火方式得到的PbTiO3薄膜的红外光谱研究

利用改进的sol-gel工艺,通过快速热退火和慢速退火两种方式在Si衬底上制备了PbTiO3多晶薄膜,并采用红外反射光谱对PbTiO3薄膜进行了研究,观察到了薄膜中所有红外活性的8个声子模,发现两种退火方式得到的薄膜的光谱存在差异:前者的声子模频率除了三个变化不明显外,其余都低于后者.认为影响声子模行为的主导因素是薄膜中存在的应力,其中软模对应力的影响最为敏感.