平面镜组合成像实验的探讨

基于反射原理,研究由三块三平面镜组合的直角三面镜的成像特点和规律。通过作图,讨论和研究直角三面镜的成像作图规律。该讨论和研究对理解多平面镜组合成像规律及应用有一定指导意义,丰富了教学和实践活动。     

Φ1.2m球面镜支撑的力学分析和试验研究

通过使用有限元软件对大镜面进行模拟计算和分析,可以预先确定加工和装校支撑方法是否符合设计要求,从而有效地减少了设计的盲目性。分析计算了口径为1 2m的球面镜在不同工况下的受力变形。按选择的支撑和检验方式进行了装校试验,实际的球面镜检验结果验证了分析的正确性。     

平面镜演示实验仪器的研制和成像分析

阐述了平面镜演示实验仪器的设计与制作、使用方法及观察到的实验现象,并从光学成像的角度分析和探讨了相应的物理原理.     

平面镜成像实验的像距系统误差分析

对平面镜成像实验存在的系统误差原因进行说明,用折射定律得出光线侧移量的公式,通过双眼定位思想得到"像距"系统误差公式,并用实验进行验证,提出减小误差的方法.     

应用于ICF实验的软X射线平面镜反射率

在北京同步辐射装置上,通过对应用于惯性约束聚变（ICF）实验的平面镜反射率的进一步研究,提高了辐射温度的测量精度。进行了对软X射线平面镜反射率的测量、反射镜的清洗、反射率的模拟计算,证明影响反射率变化的主要因素是平面镜的安装角度和沾污。实验结果表明:平面镜的沾污主要来源于ICF实验中的油沾污,采用射频辉光放电清洗非常有效。     

“平面镜成像特点”的实验改进

“平面镜成像的特点”实验是初中光学重要的实验之一。针对教材中实验存在的一些不足,不少教师在教学实践中对该实验进行了改进。本文对此进行了综述与比较分析。     

应用于ICF实验的软X射线平面镜反射率

在北京同步辐射装置上,通过对应用于惯性约束聚变（ICF）实验的平面镜反射率的进一步研究,提高了辐射温度的测量精度。进行了对软X射线平面镜反射率的测量、反射镜的清洗、反射率的模拟计算,证明影响反射率变化的主要因素是平面镜的安装角度和沾污。实验结果表明：平面镜的沾污主要来源于ICF实验中的油沾污,采用射频辉光放电清洗非常有效。     

相交平面镜成像规律的再研究

运用初等数学的相关知识及中学物理光的反射定律,研究得出任意位置的物体通过互成任意角度的两个平面镜所成的像的位置及个数的规律,并介绍此规律在教学中的应用.     

Ritchey角精度对平面镜检测的影响的分析与验证

为进一步提高Ritchey-Common法的检测精度,分析了实验中Ritchey角精度对整体检测结果的影响。通过仿真模拟,分析并确定出最佳Ritchey角测试范围在20°～50°之间,此时面形误差检测结果精度可达0.01λ(λ=0.6328μm)。仿真过程中模拟Ritchey角存在误差时对检测结果的影响,当Ritchey角误差控制在±1°时,拟合结果与原始面形的残差降至0.0007λ,能够满足测试要求。针对Ritchey角测量存在误差的问题,利用测得系统光瞳面的图像压缩比例来计算Ritchey角大小,此方法的计算误差可控制在0.2°以内。实验中选择3个角度来检测,在数据处理时将测得数据两两组合进行解算。29.6°&47.8°组合拟合结果与Zygo干涉仪直接检测结果的残差的峰谷(PV)值为0.068λ、均方根(RMS)值为0.0105λ,证明Ritchey角的选择及其计算精度对检测整体精度具有一定影响。     

基于差分传递函数法的大口径平面镜检测

为了实现大口径平面镜的原位检测,本文基于差分传递函数结合瑞奇康芒检测架构,利用全息检测方法结合瑞奇康芒法,通过光瞳的遮拦编码实现大口径平面镜的面形检测。首先,对基于差分传递函数法的大口径平面镜检测基本原理进行了推导,并将现有的大口径波前与重建波前进行对比。最后,利用变形镜搭建了检测光路。本文方法所得到面形与输入面形相关性不低于70%。本文的研究成果对宇宙“首光”探测以及“一黑两暗三起源”等宇宙学基础命题的研究均有十分重要的意义。     

大口径平面镜快速瑞奇-康芒测量法研究北大核心CSCD

瑞奇-康芒法是用小口径干涉仪检测大口径平面镜的主要方法之一。通过分析瑞奇-康芒法中球面参考镜半径、平面镜位置和瑞奇角误差对测量精度的影响,给出了3个参数的选择方法。针对瑞奇-康芒法测量时误差分离导致的测量效率低的问题,提出适用于加工过程的快速瑞奇-康芒测量法,仿真模拟该方法下被测平面镜位置、角度等定位误差对测量结果的影响,并设计实验对比验证。该方法与直测法测量间的最大偏差峰-谷值(PV)为0.0151μm,均方根(RMS)为0.0036μm,能够有效满足加工过程中面形快速测量需求。     

平面镜反射率的标定及修正

研究了用同步辐射源标定软X光掠入射平面镜的反射率。实验采用北京同步辐射装置(BSRF)-3W1B束线及反射率计靶室,在50~1 500 eV能区,做了C,Si,Ni和Au材料平面镜在1°~7°掠射角下的反射率标定曲线。由于3W1B束线的单色器采用变间距光栅作色散元件,光栅分光必然存在高次谐波,高次谐波严重影响光源的单色性,从而给平面镜的反射率标定值带来误差。前置滤片虽然能有效抵制高次谐波,但不能完全消除高次谐波。为此,利用透射光栅对光源做了单色性研究,给出高次谐波在不同能区所占光源强度的比例,从而对平面镜反射率标定值做出修正。     

平面镜反射率的标定及修正

 研究了用同步辐射源标定软X光掠入射平面镜的反射率。实验采用北京同步辐射装置(BSRF)-3W1B束线及反射率计靶室,在50~1 500 eV能区,做了C,Si,Ni和Au材料平面镜在1°~7°掠射角下的反射率标定曲线。由于3W1B束线的单色器采用变间距光栅作色散元件,光栅分光必然存在高次谐波,高次谐波严重影响光源的单色性,从而给平面镜的反射率标定值带来误差。前置滤片虽然能有效抵制高次谐波,但不能完全消除高次谐波。为此,利用透射光栅对光源做了单色性研究,给出高次谐波在不同能区所占光源强度的比例,从而对平面镜反射率标定值做出修正。     

钢带支撑轻量化椭圆镜的变形研究

应用有限元分析方法,借助于MSC.Nastran有限元分析软件,对钢带支撑下的大尺寸轻量化椭圆反射镜进行了受力、变形分析.用Excel绘出了钢带对椭圆镜边缘的正压力的分布曲线,得出了钢带对椭圆镜的正压力在最低点最大,随着支撑位置的上升而逐渐减小的分布规律.由镜面节点变形结果计算出椭圆镜在钢带支撑下的镜面面形误差RMS值为11.7nm,满足实际系统的面形准确度要求.     

X光分幅相机-平面镜配接方法研究

利用X光谱仪用平面镜备件以及实验室常用五维调节架,设计了X光平面镜与X光分幅相机配接的探索方案,并对系统调节中各元件调节误差带来的影响进行了一定的分析,详细描述了系统的瞄准调节方法和过程.利用激光打靶实验,对X光平面镜与X光分幅相机的配接方法进行了检验.实验过程和结果表明,该方法系统结构和实施都较为简单,可以比较容易地在分幅相机微带上获得经平面镜反射的靶目标针孔像,实现～50 ps的时间分辨、10～20 μm的空间分辨及几十倍的能量分辨.     

瑞奇-康芒式大口径平面镜面形数据处理方法对比研究

为使瑞奇-康芒法检测结果更为真实地反映出被检平面镜的面形情况,对瑞奇-康芒检测数据处理方法进行研究。针对现有的数据模型,提出利用坐标转换关系法计算平面镜的面形误差。利用仿真验证坐标转换法的有效性并分析此方法的理论计算精度。通过对比实验结果与干涉仪直接检测结果可知,坐标转换法的实际PV检测精度优于1/20 ,RMS检测精度优于1/100 ,达到高精度检测要求。相比影响矩阵法结果,PV精度提高了0.013 ,RMS精度提高了0.003 7 ,证明坐标转换法更适用于瑞奇-康芒法数据处理分析。     

光栅光谱仪分辨率及波长范围计算公式的研究

对水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪的参量及性能进行了分析研究.基于水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪工作时的光路图,用几何方法推导出了入射光线与衍射光线的夹角、入射角、衍射角、可测光谱级次及波长适用范围的计算公式,该公式可通过简单编程计算结果.基于理论分辨率计算公式,并考虑到狭缝宽度导致实际分辨率低于理论分辨率,推导出了分辨率与狭缝宽度等结构参量之间关系的计算公式,对该公式求导得出提高分辨率的方法,并举例计算得出考虑狭缝宽度后的实际分辨率为理论分辨率的83％.     

基于平面镜成像的单摄像机立体视觉传感器研究

在传统双目立体视觉传感器的基础上,对基于平面镜成像的单摄像机立体视觉传感器进行了研究。在电荷耦合器件(CCD)摄像机前放置一平面反射镜,通过对目标物体和其虚像进行拍摄,得到一幅具有视差的图像,该图像相当于摄像机和其在平面镜中的虚拟摄像机从不同角度对目标物体进行拍摄,具有双目立体视觉的功能。建立了单摄像机立体视觉传感器数学模型,分析了参数对单摄像机立体视觉传感器的视场范围和测量精度的影响,设计了传感器参数尺寸,进行了相关实验验证。实验结果表明,该测量方案方便有效,结构简单,调节方便,尤其适合近距离高精度测量。     

光栅光谱仪分辨率及波长范围计算公式的研究

对水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪的参量及性能进行了分析研究.基于水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪工作时的光路图,用几何方法推导出了入射光线与衍射光线的夹角、入射角、衍射角、可测光谱级次及波长适用范围的计算公式,该公式可通过简单编程计算结果.基于理论分辨率计算公式,并考虑到狭缝宽度导致实际分辨率低于理论分辨率,推导出了分辨率与狭缝宽度等结构参量之间关系的计算公式,对该公式求导得出提高分辨率的方法,并举例计算得出考虑狭缝宽度后的实际分辨率为理论分辨率的83%.     

掠入射平面镜反射率在同步辐射源上的标定方法研究

在北京同步辐射源的3W1B束线上,利用平面变间距光栅分光,获得单色性较好,强度较高,能谱连续可调的单色光源.利用该光源,我们实现了掠入射平面镜反射率的精密标定,解决了角度基准,转动精度,大动态范围测量的问题.在2度时,角度的不确定度为2%,反射率的不确定度0.1%,取得了突破性的进展.