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。     

抑制光束抖动的压电倾斜镜高带宽控制

提出了一种抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振的方法从而提高系统校正带宽和跟瞄精度.通过分析双二阶滤波器参数对频率特性的影响,提出了一种双二阶滤波器的设计方法,并把这种设计方法结合比例积分(PI)控制算法用于抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振.最后,对经典PI控制算法和增加了双二阶滤波器的PI控制算法进行了实验比较,在相同的条件下,增加了双二阶滤波器的PI控制带宽比经典PI控制带宽提高了近1倍,对平台抖动控制精度提高了5倍以上.实验结果表明:增加了双二阶滤波器的PI控制算法对抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振简单有效,可以提高系统校正带宽和跟瞄精度.     

带边缘驱动的214单元单压电变形镜仿真与实验

为了提高用于天文自适应光学系统的单压电变形镜的校正能力,提出了一种直径为75 mm且包含214个单元的带边缘驱动的单压电变形镜,单压电变形镜的边缘由数个压电堆栈执行器支撑.首先,通过有限元方法对变形镜进行仿真建模,分析比较三点、六点能动支撑对变形镜性能的影响.之后制备了三点、六点边缘驱动的变形镜样机.最后,利用波前传感器测试了边缘执行器对低阶像差的校正能力.实验结果表明:在0~100 V电压下,三点能动支撑与六点能动支撑变形镜均可重构大于12μm的倾斜像差,对应的归一化残余误差小于0.06,六点致动对像散和三叶草像差也具有较好的校正能力,证明边缘执行器可提高单压电变形镜的校正能力.     

自适应光学波前校正器

报告了自适应光学波前校正器——多元分立式压电变形反射镜和两维高速压电倾斜镜的研究工作。讨论了这两类波前校正器的主要性能及其检测方法等，并给出了若干典型的检测结果。研制的１９单元度形镜已成功用于ＩＣＦ驱动器的波前校正，而２１单元变形镜已成功用于天文观测星体成像校正     

柔性铰链微位移机构在可调谐F-P滤波器中的应用研究

分析了由于反射镜倾斜导致的可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器失谐。设计了一种柔性铰链式微位移机构,由压电陶瓷驱动,采用平行四连杆机构进行传动导向。采用该机构驱动F-P腔镜扫描克服了直接使用压电陶瓷带来的腔镜倾斜问题。该机构已应用于可调谐F-P滤波器中,输出信号多周期峰值幅度均匀,重复性好。     

压电薄膜变形镜响应函数计算及参数优化

 针对方口径压电薄膜变形镜,采用傅里叶级数法推导了其机电行为的数学解析式。并利用该表达式对该类变形镜的交联值、使用口径等性能指标进行了研究。结果表明：交联值随电极尺寸呈线性变化关系,在可用范围内保持在0.6以上,压电薄膜变形镜大的交联值保证了其对低阶像差强的校正能力;变形镜的校正能力与通光口径密切相关,其最佳使用口径比约为0.8。     

四束激光光轴高精度稳定控制技术

介绍了压电陶瓷快速倾斜镜以及相应的反馈和控制系统研制过程,并对快速倾斜镜进行了详细的性能测试,包括响应速度、动态范围以及闭环分辨率等重要参数。在此基础上,完成了4束激光相干合成时光轴稳定闭环控制实验。实验结果表明:系统闭环控制时,4束激光光轴的均方根抖动均小于1.5μrad,与开环状态相比,光轴抖动量减小了80%。通过对开闭环控制结果的对比分析发现,远场光斑平均帧峰值提高了3.8倍。     

矩形扭转压电换能器的研制

本文从压电和机械振动等基本理论出发，首次较系统地建立了矩形扭转压电换能器的理论，推导出频率方程，并通过实验进行了验证。     

腔内双压电变形镜光强分布优化

报道了把20单元双压电变形镜作为闪光氪灯泵浦的Nd:YAG激光器的腔镜,优化激光器输出光束远场强度分布的实验结果。变形镜由随机并行梯度下降算法控制,以相机采集到的激光束远场环围能量作为算法的评价指标,控制双压电变形镜的面形向远场能量分布更加集中的方向变化。结果表明:系统在20 s内将远场光斑中的多个亮斑校正为单个亮斑,峰值光强与优化前相比提高了5倍;在腔镜倾斜较大时,实验系统将激光器的输出功率由0.006~0.051 W提升至0.330 W,验证了实验系统的有效性。     

双压电片镜在同步辐射光源光学系统中的应用

介绍了双压电片镜自适应光学技术,同时为其在同步辐射光学领域中的应用与进一步发展提供前瞻性的思考与探索。根据目前已公开发表的相关文献资料,总结介绍了双压电片镜自适应光学技术,阐述了该技术的工作机理与关键参数,并对其在国际上具有代表性的同步辐射机构中的应用情况作出描述,并指出涉及的关键技术问题与未来的发展趋势:不仅要有效地解决"连接点效应"对双压电片镜技术的负面影响,还要实现亚微米乃至纳米级的聚焦光斑,这两项内容都是双压电片镜技术需要进一步解决的重要问题。未来,双压电片镜自适应光学技术可望在我国先进的第三代同步辐射装置—"上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)"二期工程建设中得到应用。     

快速倾斜镜的建模与模型参考自适应控制技术研究

通过实验建模方法建立快速倾斜镜四阶模型,采用routh降阶方法将快速倾斜镜四阶模型降为二阶模型,数学仿真验证了简化模型较好的反映了原系统主要性能。提出的建模方法对快速倾斜镜的准确建模是简便、有效的,为现代控制理论的研究提供了数学基础。在建立二阶模型的基础上,设计了基于李亚普诺夫稳定理论的模型参考自适应控制器,并进行了全系统的计算机仿真。仿真结果表明,针对快速倾斜提出的基于李亚普诺夫稳定理论的模型参考自适应控制器能够减小系统稳态误差、提高系统响应速度。研究结果为倾斜镜的快速控制提供了一种新的思路。     

快速反射镜挠性支承运动学设计

挠性支承是快速反射镜的关键部件,介绍快速反射镜挠性支承的运动学设计.根据约束和自由度的空间关系确定挠性支承的约束和自由度模式,利用细杆作为约束元件构造4种快速反射镜挠性支承,并以此为依据对现有快速反射镜机构进行分类,获得两种新型挠性支承结构.研究结果可为机构选型、优化和工程设计提供指导和依据.     

动基座激光束定向偏差测量新方法

提出了将二维摆镜和象限探测器相结合的动基座激光束定向偏差测量新方法.以摆镜作为快速调整激光发射主光轴方向的元件,利用象限探测器测量从目标返回激光主光轴的动态变化量,并从中分离光轴稳定平台运动对摆镜的耦合作用,得到激光主光轴相对目标视线的偏角,进而操控激光发射主光轴稳定瞄准目标.该方法具有较好的实时性,适用于运动目标的跟踪及时间为秒级的机载激光制导武器.     

一种快速倾斜镜系统的设计与应用

激光在大气中传输时,由于大气湍流的存在,会导致光束漂移和能量集中度下降。校正倾斜像差,可以提高激光在大气中传输的质量,而快速倾斜镜正是倾斜像差校正的关键部件。设计了一个基于柔性轴结构的二维压电陶瓷型快速倾斜镜,采用高压运算放大器PA96制作其驱动电源,并选用TMS320F2812型DSP芯片作为倾斜镜控制系统的核心处理器,经实验测试表明,该快速倾斜镜的偏转范围达到1.8mrad,谐振频率为432Hz,角分辨力约为0.5μrad。最后将此系统应用于激光大气传输倾斜像差校正实验中,实验结果表明,该系统能够有效提高光斑能量集中度并降低光斑漂移,可以应用于激光大气传输中对倾斜像差的校正。     

HL-2A 装置ECRH天线系统的结构设计

HL- 2A 装置电子回旋共振加热的天线系统主要由天线外壳、椭球镜、平面镜、转动机构和推动机构组成。转动机构可以推动平面镜环向、极向转动, 进行不同区域的等离子体的加热和电流驱动。平面镜环向转动的角度范围为0°~ 37°, 极向转动的角度范围为0°~ 15 °。给出了驱动杆与平面镜转动角度之间的关系和对应曲线。介绍了椭球镜的安装和推动机构的结构, 给出了椭球镜的椭球面方程。整个天线系统结构紧凑, 安装和拆卸容易, 调节方便。     

三反射镜空间遥感器的光学设计

通过选取三镜消像散(Three-mirror anastigmat,TMA)的结构形式介绍了共轴系统离轴使用的方法。TMA系统由三个二次曲面镜、一个变形镜和一个快速稳像镜构成。根据三镜系统的初级像差理论推导出了系统的初始结构,利用自动光学设计软件Zemax对初始结构进行了像差优化设计。采用两种优化方法来保证系统的出瞳与变形镜重合,以便于校正主镜的剩余误差。所设计出的光学系统的成像质量可接近衍射极限,满足了系统对成像质量的要求。     

一种人造信标光的产生方法

本文介绍了一种高频大幅度运动可控人造信标的产生方法与装置。利用经扩束与聚焦的Ａｒ＋激光照射到远处的玻璃微珠上,通过压电陶瓷驱动的快速倾斜镜的控制使激光束在玻璃微珠上快速扫描运动,以其后向反射光作为信标光。该方法可为光学跟踪设备提供可控的运动信标。     

自适应光学系统中高速倾斜反射镜的稳定控制

 分析了自适应光学系统中高速倾斜反射镜的机械谐振现象及其对控制稳定性和控制带宽的影响。根据测量数据建立了机械谐振的动态数学模型。讨论了低通滤波和双二阶网络滤波等几种可以减小倾斜反射镜机械谐振的方法。实验表明采用网络滤波技术后 ,高速倾斜反射镜的控制稳定性和控制带宽都得到了较大的改善。