柱面光栅VUV时空分辨谱仪设计

从理论和实验两方面分析了柱面光栅的衍射特性,并给出用于托卡马克等离子体真空紫外光谱时空分辨测量的柱面光栅单色仪设计方案。     

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。     

一种亚纳米级变栅距衍射光栅制作方法的研究

变栅距(VLS)衍射光栅具有自聚焦、像差校正等独特优点。VLS光栅要求的最小栅距变化量为亚纳米数量级,仅靠提高光栅刻划机的分度精度已很难实现,针对这一问题,提出了一种相位扫描方法用于光栅刻划机的变栅距分度控制,即通过对刻划机分度系统的干涉条纹进行微位移扫描来进行相位控制。实验结果表明,相位扫描方法达到了变栅距光栅所要求的亚纳米级的栅距变化精度。     

获得特殊圆分度光栅的一种途径

本文叙述了在光栅光刻工艺的基础上,采用一些特殊的措施,刻制了任意条纹的圆分度光栅,带四倍频的圆分度光栅及带绝对零位的圆分度光栅.     

柱面光栅色散特性及其应用

 基于椭球面光栅理论,提出柱面光栅概念,并对其衍射特性和集光本领进行研究。结果表明：在掠入射条件下凹柱面光栅具有与凹球面光栅相似的衍射特性,但凹柱面光栅可以方便地沿光栅母线方向划分成若干相同部分独立工作,因此,安装水平隔板的掠入射凹柱面光栅单色仪可以用于托卡马克等离子体的真空紫外（VUV）光谱时空分辨测量。     

复眼棱镜非接触光刻系统的设计

基于多线光源阵列光刻系统降低一个方向的衍射效应原理,设计出了用于光刻计量光栅的复眼棱镜非接触光刻曝光系统。此系统具有简单的光学结构,即将原来的二次成象变为一次成象,也就是说,用复眼棱镜组代替了复眼柱面透镜组和准直物镜组。为了扩展系统工作范围,还设计了几组柱面倍率透镜系统,这样就可以复制光刻出任意宽的光栅线条。     

全息柱面光栅的设计及其在立体显示技术的应用

根据傅里叶全息光学的基本原理与柱面光栅的分光特性,提出了用马赫-曾德尔光路制作柱面光栅的方法,用其实现图像的立体化.全息柱面光栅是全息术与图像立体化技术的有机结合,制作方法简单,具有一定的实用价值.     

五维自由度衍射光栅精密测量系统（英文）

为了在保证结构简单的前提下,实现衍射光栅精密测量系统的大量程、高精度、多维度测量,设计了能够同时测量位移和角度的五维自由度衍射光栅精密测量系统。基于利特罗对称式光路结构,采用高刻线密度的一维衍射光栅以及外差干涉原理实现了沿光栅矢量方向和光栅法线方向的二维位移测量;通过引入高精度的位置灵敏探测器,结合±1级衍射光与光栅之间的角度变化关系实现了对光栅俯仰、偏摆和滚转三个维度的角度误差测量。实验结果表明:该衍射光栅精密测量系统能够实现分辨力优于4 nm的二维位移测量以及分辨力优于1″的三维角度测量,其位移测量范围只受限于光栅的尺寸,量程大大增加。该衍射光栅精密测量系统在精密测量领域有重要意义。     

利用反射式圆光栅的振镜转角测量

为了实现振镜旋转角度的高精度测量,设计了一种利用反射式圆形衍射光栅的角度测量系统,对该系统的测量原理、测量过程、测量精度等进行了相应的设计、仿真与验证。设计与振镜同轴的反射镜,搭配反射式圆光栅以及光敏检测器件,利用反射式圆光栅产生的±1级衍射光干涉,把振镜转角位移量转化为干涉条纹光强的变化,以实现振镜转角的测量。实验结果表明:该测量系统能实现振镜±10°的角度测量,测量精度为10″。实现了振镜旋转角度的高精度测量,并且该装置结构紧凑,满足扫描振镜的小巧化设计需求。     

双曲柱面透射光栅衍射的数值分析

建立了双曲柱面透射光栅的数学模型。由光程的定义导出平行光通过单个双曲柱面的复振幅透过率。用傅里叶光学方法得出双曲柱面透射光栅在频谱面上的光强分布表达式。使用MATLAB软件模拟出其衍射光强随双曲线半实轴变化的分布规律,得出的衍射花样与理论分析一致。最后从理论上指出双曲柱面透射光栅在光学领域的应用。     

拼接式编码器测角误差分析及试验

根据望远镜测角系统的精度需求,分析了影响拼接式编码器测角精度的误差源,以及多读数头测角消差原理,确定了采用相位相差90°的4读数头的测角方式。在某望远镜方位轴系转台进行了逆时针和顺时针方向的测角试验,通过对测角数据进行谐波分析并补偿后,得到两组实验测角误差RMS分别为0.34"、0.38"。实验表明,相位相差90°的均布4读数头的测角方式消除了由轴系误差、编码器安装位置误差和钢带安装盘部分圆度误差对测角精度的影响,实现了亚角秒级测角的目的。研究结果可用于大口径望远镜设计阶段的误差分析与分配、预估测角精度,为降低设计和加工误差提供参考。     

复合式光电编码器精密轴系设计及准确度分析

 为了提高复合式光电编码器的轴系准确度,运用一个径向密珠轴承与两个轴向止推密排轴承相结合的结构设计了大空心轴精密轴系,并对轴系误差进行分析.通过该方法设计的精密轴系径向跳动δ＜3 μm,解决了大空心轴轴系准确度差的问题,提高复合式编码器的测角准确度,应用该轴系研制的复合式光电编码器准确度σ＜2″.     

航空天文导航系统定位误差因素研究

研究了影响航空天文导航系统定位精度的四个因素,包括轴系制造装调与标校精度、导航星视位置精度、蒙气差修正精度和CCD光电测量精度。首先分别对这四个因素进行了理论分析,在论述轴系制造装调与标校精度的过程中,首次考虑了天文导航设备与外部设备之间的坐标轴系标定问题,并提出了利用对角位移敏感的光学测量技术来完成天文导航设备与外部设备之间的坐标轴系标定,对工程实践具有指导意义。     

潜望式光电仪器轴系误差的精确数学模型及计算

轴系误差是影响潜望式光电仪器测角精度的重要因素,传统轴系误差模型使用大量数学近似,存在适用局限性。将轴系误差的产生用坐标变换的方法来表现,建立了一种精确的数学模型。推导了高度角误差与方位角误差的微分计算方法,在MATLAB上进行了仿真计算,验证了模型的正确性。该模型综合考虑了各种误差的影响,不存在数学近似引起的原理误差,为潜望式光电仪器的轴系误差补偿校正提供了参考。     

拼接式钢带光栅编码器测角误差分析与修正

针对望远镜对高精度测角技术的要求,分析了机械安装偏心、加工椭圆度误差、轴系晃动等对新型拼接式钢带光栅编码器测角的影响,并制定了相位差为90°的4读数头软件细分测角方案。在机械安装偏心为10μm、加工椭圆度为2μm、轴系晃动为0.6″的实验平台上进行了逆时针和顺时针测角实验,两组实验测角误差RMS值分别为0.393″和0.488″。实验表明：该测角方案能消除机械安装偏心、加工椭圆度误差等对测角数据的影响,实现了亚角秒级测角。     

刻度导模设计

分析了“定刀法”刻度导模的设计原理,推导出新的计算公式,消除了原有设计公式的缺陷,并进行了验证实验,从而证明它能大幅度提高定刀法的刻制球面分划镜的精度。     

BD-1高精度Bragg衍射仪微机控制系统研制

本文阐述了我国首次研制的BD-1高精度Bragg衍射仪中的微机控制系统。本系统采用Apple-Ⅱ微机、新型驱动细分控制器对步进电机实现步距角二细分控制,使衍射仪内单轴转台的θ角实现小步距转角(5.4″)高精度、高稳定的控制;该微机系统还实现了对工作台随动升降控制;晶体转角微调控制;高分辨数据采集及处理;限位报警等功能,且具有较强的抗干扰能力。     

非球面复制成型技术的研究

光学非球面复制成型技术是一种通过面形转移的方法成型光学非球面的技术,即将高精度非球面光学元件(母模)的表面利用脱模膜和胶粘剂转移到球面光学元件(基体)的表面上,并保持原非球面光学元件的光学品质,使球面变成非球面。介绍了该技术的基本原理以及所进行的工艺实验(镀膜、脱模、胶合等),给出了母模和复制件的面形图,证明了该技术用于中小口径非球面光学元件的制造具有较高的精度。     

Oriented growth and definition of medium angle semiconductor bicrystals

The physical and metallurgical procedure in the preparation of semiconductor bicrystals is described, methods of seed orientation are given and precision limits are discussed. It is shown that medium angle boundaries can be grown at a high precision if proper techniques are used. A number microphotographs of grown grain boundary structures is given.     

KBA X射线显微镜装调方法研究

 KBA X射线显微镜为非共轴、掠入射软X射线成像系统,集光立体角很小,像质又要求非常高,这使得四个反射镜的安装位置要求相当严格。通常的位置或角度计量工具,在激光聚变靶室内空间受限的条件下,很难达到这么高的精度。因此为了保证KBA的成像质量,采用精度4″的测角仪使双反射镜的夹角误差小于20″。掠入射角对成像质量影响很大,为了使掠入射角小于10″,用自己设计的光路系统保证了掠入射角的精度要求。KBA X射线显微镜系统的主镜的孔径角4×10^－6 sr,无法实现锐聚焦。因此设计了一个辅助物镜代替它的主镜以实现锐聚焦。在某大型激光装置上进行的惯性约束聚变诊断实验中,运用这些方法所装调的KBA X射线显微镜获得了靶标(周期20 μm,线宽6 μm的无金膜镍网格)的清晰图像。