140 GHz回旋管准光模式变换器的设计（英）

针对一种由Denisov型辐射器和第一面镜为准抛物镜的四级反射镜面系统组成的准光模式变换器开展了详细的研究和设计。利用耦合模理论和矢量绕射理论设计了波纹波导准光模式变化器,通过编写仿真程序进行数值优化完成了140 GHz,TE28,8回旋管准光模式变换器的设计。仿真结果表明,抛物面反射镜的焦距对矢量高斯效率影响较大,输出窗口处得到了较好的高斯波束,标量高斯效率达到98%,矢量高斯效率达到90%。     

多目标复合半实物仿真系统的杂散光分析

杂散光分析已经成为光学系统设计中必须考虑的关键因素之一。基于蒙特卡洛法,利用TracePro软件进行建模仿真,对多目标复合半实物仿真系统的杂散光进行了分析。仿真结果表明仿真系统的杂散光主要来自两方面:一是扩束光束经主反射镜边缘反射的未复合光束;另一个是由于仿真系统关键元件自发辐射产生的杂散光。根据杂散光系数和元件制冷温度的关系得出:当制冷温度为200 K时,仿真系统的杂散光系数小于2%。分析结果对导弹的多目标复合半实物仿真系统的设计具有重要的指导意义。     

红外模拟仿真多目标的复合方法

在红外目标背景仿真中 ,所要模拟的目标往往不只一个。其中 ,应包括实际目标的所有有用信息。如机身的主要特性、天空背景以及对导弹的人工干扰等。这些信息往往是利用光学方法独立生成的 ,各独立源最终复合后再提供给导引头进行接收 ,从而保证导引头跟踪目标的真实性。在多目标元复合过程中 ,不同的目标元有着不同的光谱特性及不同的能量特性。介绍了网纹镜及光缆的多目标复合方法及应用原理 ,其中 ,网纹镜复合法为反射式 ,适用于宽谱段 ,但工艺难度大 ;光缆复合法简单 ,可使系统小型化。两种方法都具有很好的实际效果。     

110GHz回旋管Denisov型准光模式变换器的研究与设计

对一种由Densiov型辐射器和四面反射镜面系统组成的准光模式变换器开展了详细的研究和设计。采用几何光学理论,分析了Denisov型辐射器的工作原理,推导了模式叠加形成高斯分布的过程。基于耦合模理论,提出了辐射器波纹波导的设计方法。针对110GHz,TE22,6模回旋管的具体参数设计和优化了辐射器和镜面系统,编写仿真程序,对波导切口处辐射场和镜面散射场进行数值模拟。计算结果表明,输出窗口处得到较好的高斯波束,高斯效率达到95.8%,功率转换效率为94.7%。     

基于动力学性能的超高速摄影仪转镜的设计

为探索超高速摄影仪转镜的设计,提出了系统性的转镜动力学性能设计理论和方法。结合静力学和动力学理论,利用有限元分析软件对初始设计的转镜进行静强度、模态、谐响应、固有频率灵敏度进行数值分析,并对数值分析结果进行试验验证,根据分析结果反复修改相应的转镜的结构尺寸并设计新的转镜,对新设计的转镜进行交变力疲劳分析和试验。结果发现,初始设计转镜的最大应力小于转镜材料的屈服强度,转镜不会出现静强度失效;转镜一阶临界转速落在工作转速以内,其动力学特性不满足要求;镜体外接圆半径与转镜的固有频率负相关且相关程度最高;新转镜的一阶固有频率从459.4 Hz增大到713.6 Hz,变化率55.3%,转镜的一阶临界转速达到42 816 r/min,成功地避开了共振点,且疲劳强度满足设计要求。     

电子束在α-磁铁模型中传输模拟与优化

在电子直线加速器设计中,α-磁铁通常被用来压缩脉冲长度,采用热阴极微波电子枪和α-磁铁相结合的设计,可以获得皮秒或亚皮秒量级脉冲长度的电子束。电子束在α-磁铁中的传输过程较为复杂,相关文献介绍的研究成果均是基于理想模型,且有镜板开孔的α-磁铁的束流传输研究,对α-磁铁的使用具有重要的指导作用。本文首先简单介绍了用于高能电子成像装置的α-磁铁模型的设计,对电子束在理想模型与α-磁铁模型中传输模拟结果进行对比分析,验证了所构建模型可以有效地实现脉冲纵向压缩的结论。此外,对以优化角度进入α-磁铁和在空间电荷效应影响下的单束团及多束团束流动力学模拟结果进行了讨论,提出通过减小入射角度来补偿α-磁铁镜板上的束流进出孔对束流传输影响的方案。通过在α-磁铁与电子枪之间增加四极磁铁组,优化了束流发射度和束团尺寸。     

薄镜面主动光学对光学像差的校正能力分析

建立了薄镜面主动光学的仿真模型,并进行了仿真分析,结果表明薄镜面主动光学可以对低频误差完成较好的校正.为了进一步验证,建立了一套薄镜面主动光学实验系统,开展了薄镜面主动光学实验.结果表明,通过主动光学校正可以把镜面面形校正到磨制时的面形即λ/10.同时发现,薄镜面主动光学对三阶像散和三阶球差的校正能力最好,三叶彗差的校正能力也较好,而三阶彗差最难校正,这对于磨制大型薄镜面具有一定的指导意义.     

扫描镜稳定度对TDI CCD测量精度的影响

利用TDI CCD成像数值仿真模型,研究了TDI CCD测量系统的测角精度随扫描镜速度稳定度的变化规律。首先根据TDI CCD推扫成像的物理过程,建立了数值仿真模型,设计了从光学像和扫描镜稳定度到数字图像的仿真链路;然后利用图像重心计算方法求取图像中心坐标并得到目标点的角位置坐标;通过蒙特卡诺法进行海量打靶试验,对结果进行统计得到扫描镜各稳定度水平上的测量精度值;最后将某工程样机的扫描镜速度稳定度带入仿真模型,仿真结果表明：测试误差增大5.67 μrad,达到了像元角分辨率的1/4。在光学测量系统的系统设计时,需要考虑像元分辨率及扫描镜稳定度的综合影响,选用合适的扫描镜稳定度要求,使测量角分辨率满足用户需求。     

Demonstration of the Golay3 multiple-mirror telescope with a spherical primary mirror

The sparse aperture system is a novel solution to design larger telescope of high angular resolution by utilizing several small sub-apertures to displace the full aperture. The system is of light weight and low cost. Multiple-mirror telescope (MMT) is one type of sparse aperture systems. We have analyzed the Golay3 MMT with a spherical primary mirror to obtain the relationships between the sub-mirrors on the primary mirror and the shapes of sub-apertures on the entrance pupil with different relative aperture by investigating the entrance pupil characteristics. The maximum fill factor and the maximal overlay factor were derived, and the tangency condition when sub-mirrors of the Golay3 MMT are tangency was also given out. The expressions of the point spread function (PSF) and the modulation transfer function (MTF) of the Golay3 MMT were deduced. The characteristics of both the PSF and the MTF were obtained based on the deduced formulas and Matlab simulating patterns. Two Cassegrain telescopes of a spherical primary mirror with the Golay3 configuration and with an aspherical secondary mirror were designed. Based on the relationships between the fill factor and the overlay factor, the optimal parameters of sub-mirrors on the primary mirror were selected. The PSFs and MTFs of Cassegrain telescopes with the Golay3 MMT were designed by Zemax simulation. The simulation results are consistent with the theoretical results.     

基于波像差函数建立大口径施密特校正板方程

施密特光学系统由施密特校正板和球面反射镜组成,校正板设置在球面反射镜的球心处,系统的焦点不一定和反射镜的焦点重合。为了得到精确的校正板面形初始结构参数,基于波像差函数建立了带有离焦量的大口径施密特校正板的数学模型,同时校正了系统的三级和五级球差。利用光学设计软件对校正板口径为1000mm、主镜的曲率半径为2000mm、F数为1的系统进行了设计和分析,来验证校正板面形数学模型的正确性。结果显示此校正板的数学模型与优化后结果吻合得较好,校正板面形初始结构参数的精度得到了极大的提高,这为大口径、大相对孔径的施密特光学系统的设计提供了理论基础。     

Design of Cylindrical Conformal Millimeter-Wave Microstrip Antennas with Broad Beamwidth

This paper describes the design of a novel cylindrical millimeter-wave microstrip antenna (MA) with broad beamwidth by means of isotropic transformation (IT). A planar millimeter-wave antenna with broad beamwidth is designed first, and then IT is used to design a conformal one based on the planar structure. In addition, phased array with eight present elements has been designed as an example. Finally, numerical results are given to show that the present antenna possesses broad beamwidth and its array is of large scanning angle, which also verify the validity of the method of IT.     

1.2m轻量化SiC主镜支撑系统优化设计

针对1.2 m轻量化SiC主镜,提出了轴向支撑采用18点Whiffle-tree结构结合压杆结构,侧向支撑采用A-Frame柔性机构结合切向支撑机构的支撑方案。从原理上对该主镜支撑方案进行了分析,说明了采用以上两种结构的优点;通过有限元方法对各个机构参数进行了分析、优化,并对整体结构进行了静力学以及热学仿真。实验显示：在参考温度下主镜面形精度（RMS）值为3.5 nm;温差达到40℃时,RMS值为11.1 nm。该设计方案满足了1.2 m轻量化SiC主镜的支撑要求,同时可以很好地抵消热应力对主镜的影响。     

同步辐射聚焦镜压弯机构设计与面形误差分析

基于同步辐射聚焦镜的原理，对压弯机构进行设计，对压弯理论进行介绍, 并推导了压弯镜理论面形的计算过程；根据设计理论建立了基于柔性铰链的压弯机构的模型，并对压弯机构的参数进行计算，有效长度为84.9 mm，最大力矩为259.8×10-3 N·m。设计并校核了压弯机构，满足了压弯机构在材料力学上的要求；最后针对压弯镜存在的理论面型误差，通过对压弯镜进行有限元仿真得到模拟值，与理论值进行对比，分析了不同的因素对面型误差的影响。     

时域宽带恒定束宽波束形成的实验研究

由于实际水声系统中的阵列模型往往与理想阵列模型失配,导致基于理想阵列模型设计的时域恒定束宽波束形成器所形成的波束图在实际应用中严重畸变,从而不能有效地抑制旁瓣干扰和无失真地接收宽带信号。本文利用水池实验说明阵列模型失配对基于理想阵列模型设计的时域恒定束宽波束形成器的影响,并提出一种有效的设计方法以减小这种影响,即通过实际测量,获得包含失配信息在内的实际阵列模型,并将该模型应用到时域恒定束宽波束器的设计当中。实验结果表明,基于实际阵列模型的设计可以有效地减小由于阵列模型失配带来的影响,这对设计实际系统可以使用的时域恒定束宽波束形成器具有重要的意义。     

Study on the design and Zernike aberrations of a segmented mirror telescope

The segmented mirror telescope is widely used. The aberrations of segmented mirror systems are different from single mirror systems. This paper uses the Fourier optics theory to analyse the Zernike aberrations of segmented mirror systems. It concludes that the Zernike aberrations of segmented mirror systems obey the linearity theorem. The design of a segmented space telescope and segmented schemes are discussed, and its optical model is constructed. The computer simulation experiment is performed with this optical model to verify the suppositions. The experimental results confirm the correctness of the model.     

高功率激光器的光谱合束技术研究北大核心CSCD

为了获得高功率激光束,提出利用双色镜对典型波长2种不同类型(脉冲、连续)的高能激光进行合束,以实现高功率高能量激光输出。通过对双色镜的热效应和合束光斑远场激光参数进行仿真分析计算,热效应仿真结果表明,在单束激光10 kW、光斑直径15 mm条件下,双色镜面型热形变量均方根值为0.004λ(λ=632.8 nm),满足光学元件面型小于0.03λ精度要求。搭建了一套基于双色镜的光谱合束系统,并分别进行了高功率连续激光与高功率连续激光、高功率连续激光与高能量脉冲激光的合束试验,合束效率高于95%。试验结果表明,光谱合束可有效应用于高能激光领域。     

基于转镜跟踪目标的分析与计算

基于高速CCD相机主光轴的转镜弹道同步跟踪系统,研究了高速飞行弹丸飞行姿态和飞行速度的问题,利用转镜的反射原理和转镜运动规律,建立了转镜随弹丸运动的时空关系模型和转镜运动参数的数学模型,并推导转镜运动参数与弹丸飞行速度和弹道距转镜中心垂直高度之间的数学关系;在理论分析的基础上,用MATLAB分析了转镜视场内的弹道宽度随时间变化的规律以及转镜转角和角加速度随时间变化的规律,得到在某一时刻转镜视场的大小以及转镜参数的变化曲线;给出了转镜尺寸、扫描速率曲线和最大离散速度等主要参数的计算方法,分析了它们对整个跟踪系统的影响。针对系统设置参数为h=150 m, v=300 m/s时进行仿真,仿真结果表明本系统可实现对高速弹丸的同步跟踪。     

电磁驱动大尺寸MEMS扫描镜的研究

基于微机电系统工艺,设计并制作了一种电磁驱动大尺寸的二维扫描振镜.分析了两种不同的电磁驱动方式产生的力的大小,选择驱动力较大的双极子方式作为驱动.运用有限元法模拟了器件的谐振频率静态及动态响应,仿真结果与实际测得的结果一致.描述了振镜的工艺流程及封装方式,并制备了振镜.实验测得振镜在120mA静态电流驱动下,慢轴和快轴分别能达到的最大转角为±4.5°及±5°,慢轴及快轴的谐振频率分别为348Hz及660Hz,并得到在此谐振频率下的李萨如图形.将器件用于激光成像系统之中,使得散斑对比度下降到4.2%,激光成像质量得到很大提升.     

SIMULATING STUDY ON INTERNAL SELF-PUMPED PHASE CONJUGATORS WITH EXTERNAL CONFIGURATIONS

A new method is proposed to study the properties of stimulated photorefractive backscat-tering and four-wave-mixing (SPB-FWM) and total-internal-reflection (TIR) self-pumped phase conjugators. The phase conjugators are simulated with external configurations using a KNSBN:Cu crystal, a plane mirror and a prism. As a result, the parameters such as beamwidth and intensity of the contra-directionally propagating pump beams for the FWM interactions in the crystal can be easily controlled. The dependence of self-pumped phase conjugation reflectivity and FWM coupling strength on these parameters of the pump beams have been studied.     

PMN-PT single crystal focusing transducer fabricated using a mechanical dimpling technique

A ∼5 MHz focusing PMN-PT single crystal ultrasound transducer has been fabricated utilizing a mechanical dimpling technique, where the dimpled crystal wafer was used as an active element of the focusing transducer. For the dimpled focusing transducer, the effective electromechanical coupling coefficient was enhanced significantly from 0.42 to 0.56. The dimpled transducer also yields a −6 dB bandwidth of 63.5% which is almost double the bandwidth of the plane transducer. An insertion loss of the dimpled transducer (−18.1 dB) is much lower than that of the plane transducer. Finite element simulation also reveals specific focused beam from concave crystal surface. These promising results show that the dimpling technique can be used to develop high-resolution focusing single crystal transducers.