环形分布激光束引起光学窗口镜热变形理论分析

用有限Hankel变换就常见的环形分布激光束情形,推导得到了激光束辐照透过窗口镜引起热传导温度场和热变形分布的理论解,以此计算结果与实验值相比较,分析了白宝石、石英两种窗口镜在激光辐照下的热变形情况。分析结果表明,在激光束辐照的4s时段内,温升场主要集中在激光束辐照的环形区内,在镜面内远未拉平,由此引起的厚度方向热膨胀变形也很不均匀。材料对激光的吸收系数和热膨胀系数以及热扩散率分别是决定热变形量值大小和空间分布的最主要的物性参数。     

环形分布激光束引起光学窗口镜热变形理论分析

 用有限Hankel变换就常见的环形分布激光束情形，推导得到了激光束辐照透过窗口镜引起热传导温度场和热变形分布的理论解，以此计算结果与实验值相比较，分析了白宝石、石英两种窗口镜在激光辐照下的热变形情况。分析结果表明，在激光束辐照的4s时段内，温升场主要集中在激光束辐照的环形区内，在镜面内远未拉平，由此引起的厚度方向热膨胀变形也很不均匀。材料对激光的吸收系数和热膨胀系数以及热扩散率分别是决定热变形量值大小和空间分布的最主要的物性参数。     

终端设备环境温度检测算法及实验研究

环境温度对于终端电子设备的功耗和温度管理至关重要,而设备内部的温度传感器受内热源影响无法直接检测所在环境的温度。因此,针对含有多个瞬态内热源的终端设备,本文提出基于传热反问题迭代求解的实时环境温度检测算法。通过简化热容热阻网络模型建立系统传热方程,提出双传感器预测偏差修正策略解决由于已知量不足产生的不适定性。此外,基于实际智能手机的实验结果表明算法对实时动态环境温度的检测相对误差在10%以内。     

环境温度对光学系统影响的研究及无热系统设计的现状与展望

空间环境温度的变化对在空间环境下使用的光学系统影响很大。针对此类问题，近年来国外逐渐提出了“无热设计”的概念。本文分析了国内外在此领域的历史与现状，并介绍了国外典型的无热设计技术，同时也对我国在此领域的研究前景进行了展望。     

高功率激光器窗口热变形分析的有限元方法

建立了窗口热变形的非稳态数学模型, 采用有限元法计算了普通石英窗口和中心冷却窗口在激光照射下的温度场分布和热变形, 在净吸收功率50W的相同条件下, 普通石英窗口最大热变形为2.4μm, 中央冷却窗口为1.2μm, 计算结果与实验数据相符。     

一种快速检测圆的抗干扰变形模板方法

提出了一种新的参量式变形模板方法，用于检测带有缺陷和噪声的圆。根据圆的几何形状特性和梯度信息定义了模板的能量函数。然后通过动态调整模板的参量使能量函数和图像进行交互以把能量函数最大化。根据能量函数的定义，在其取得最大值时的参量即为所检测圆的位置参量。为了提高匹配运算速度，先求出被检测圆的圆心和半径的估计值，然后给出缩小了的搜索区域。在此搜索区域内采用贪婪优化的算法得到最终检测结果。实验结果表明算法可以在圆有较大缺陷和噪声的情况下，定位精度在1个像素以内，速度在0．5s左右；有很好的抗干扰和抗噪声能力，并有较快的运算速度。     

基于剪切散斑干涉技术的物体变形动态检测

为使仅适用于静态测量的空间相移剪切散斑干涉系统可用于物体变形的动态测量,在对传统剪切散斑干涉系统加以改进的基础上,提出一种物体变形动态检测方法。将检测系统中的压电陶瓷控制器用参考镜代替,减少了物理装置控制与执行的时间。对于物体发生变形的同一状态,仅需采集一幅干涉图像即可满足后期计算,加以二维连续小波滤波和最小二乘相位解包算法,能满足物体变形动态在线检测的需求。理论和实测实验表明,该方法能快速可靠地检测出物体动态形变,整个系统的最大误差范围在-1.5 rad~1.5 rad之间,整个检测过程最大误差百分比为6.4%,有较高的精度和实用性,为新型剪切散斑干涉测量系统的改进和设计提供参考。     

基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究

为了全面地了解变形镜的性能,以便自适应光学系统更好地工作,进行了基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究.首先,给变形镜的压电陶瓷驱动器施加一半的控制电压;再用Zygo干涉仪测得变形镜的面形,计算对应各个驱动器位置的镜面高度,并算得各个位置镜面高度相对平均镜面高度的偏差;最后,控制驱动器运动使偏差量为零.测试及实验表明,受压电陶瓷迟滞的影响,上述过程需要迭代4到6次镜面面形才会收敛到希望的准确度;对镜面周边无驱动器约束的21单元变形镜,展平之后其80%口径的面形接近λ/20(λ=632.8nm);对镜面周边有驱动器约束的137单元变形镜,展平后的面形优于λ/50.在望远镜不同的观测条件下,该技术可以快速地对变形镜进行展平标定,以适应不同的工作环境.     

轻质碳化硅反射镜抛光过程镜面变形影响的研究

轻量化的碳化硅反射镜有自己独特的结构特点,加工中的变形与传统实体反射镜不同,对加工后的面形结果有独特的影响。对一直径为318mm的轻量化碳化硅反射镜进行了传统的研磨抛光,由于镜面变形对抛光结果带来了很大的影响,其面形误差的RMS值在0.048λ(λ=0.6328μma)左右就不再收敛。对抛光状态的镜体进行了有限元分析,探讨了减轻镜面变形对抛光结果影响的方法。采用计算机控制小磨头对该反射镜进行了确定性抛光,有效地降低了镜面形变的影响,使面形满足了精度的要求。     

基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究

为了全面地了解变形镜的性能,以便自适应光学系统更好地工作,进行了基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究.首先,给变形镜的压电陶瓷驱动器施加一半的控制电压;再用Zygo干涉仪测得变形镜的面形,计算对应各个驱动器位置的镜面高度,并算得各个位置镜面高度相对平均镜面高度的偏差;最后,控制驱动器运动使偏差量为零.测试及实验表明,受压电陶瓷迟滞的影响,上述过程需要迭代4到6次镜面面形才会收敛到希望的准确度;对镜面周边无驱动器约束的21单元变形镜,展平之后其80%口径的面形接近λ/20(λ=632.8 nm);对镜面周边有驱动器约束的137单元变形镜,展平后的面形优于λ/50.在望远镜不同的观测条件下,该技术可以快速地对变形镜进行展平标定,以适应不同的工作环境.     

热补偿腔镜热变形的研究

采用ANSYS有限元软件,系统模拟了强激光作用下的热补偿全反射硅镜的温度场分布和热变形.详细地研究了不同区域的热补偿和不同的热补偿功率大小对镜面变形峰谷值的影响.结果表明有效的热补偿对镜面变形峰谷值有很大的影响,在非光照区进行热补偿可以大大降低镜体的温度梯度,从而明显减小镜面变形的峰谷值.热补偿腔镜特别适合于机载或车载军用强激光器.     

22nm极紫外光刻物镜热和结构变形及其对成像性能影响

极紫外光刻技术(EUVL)是半导体制造实现22nm及其以下节点的下一代光刻技术。在曝光过程中,EUVL物镜的每一面反射镜吸收35%～40%的入射极紫外(EUV)能量,使反射镜发生热和结构变形,影响投影物镜系统的成像性能。基于数值孔径为0.3,满足22nm技术节点的产业化EUV投影物镜,采用有限元分析(FEA)的方法研究反射镜变形分布,再将变形导入光学设计软件CODE V中,研究反射镜变形其对成像特性的影响。研究结果表明:当达到硅片的EUV能量为321mW,产量为每小时100片时,反射镜最高升温9.77℃,通光孔径内的最大变形为5.89nm;若采用相干因子0.5的部分相干光照明,变形对22nm线宽产生6.956nm的畸变和3.414%的线宽误差。     

Study of the Thermal Diffusivity of Optical Coating by Photo－thermal Deformation Technique

ＳｔｕｄｙｏｆｔｈｅＴｈｅｒｍａｌＤｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙｏｆＯｐｔｉｃａｌＣｏａｔｉｎｇｂｙＰｈｏｔｏ－ｔｈｅｒｍａｌＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅ￥ＺＨＯＵＤｏｎｇｐｉｎｇ；ＦＡＮＺｈｅｎｇｘｉｕ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯ...     

大型干涉仪镜子的支承设计与温度变形分析

在星间激光通信中,涉及对大口径衍射极限激光波面的检测,为保证测量精度,必须严格控制波面干涉仪镜子的自重和温度变形。采用有限元方法对大型干涉仪镜子在不同支承方式下的表面变形进行了分析,结果表明,接触角为180°的钢带支承是较好的支承方式,反射镜表面变形峰谷(PV)值仅为1.35nm,均方根(RMS)值为0.363nm。根据这一结论,设计了一个固定支承点与浮动支承相结合的超静定钢带支承结构。在该结构下,分析了镜子轴向、径向、周向的温度梯度效应,分析数据表明,镜子的热弹性变形远大于自重变形,建议采取一定的温控措施,并采用平均效应的方法降低热效应的影响。     

光学薄膜的温度场设计

提出了光学薄膜温度场的概念，研究分析了薄膜光学性质和热，物性质对其温度场的影响，给出了相变光盘薄膜和高功率激光反射膜的具体设计，还给出了相变膜的写入，擦除功率和激光反射膜的破坏阈值。     

主动调焦式航空相机物镜光学设计及温度仿真分析

对流层内,环境温度随海拔高度的升高而降低。为了补偿温度变化对成像质量的影响,设计了主动调焦式航空相机物镜:f=400mm、视场角2ω=10°、F数为8、波段460～750nm、总长380mm、后截距150mm;该物镜在常温常压下,调制传递函数(MTF)fMT≥0.52(70lp/mm),接近衍射极限;各视场弥散斑均方根(RMS)直径大小约3.6μm;该相机包括一调焦组,移动范围为±5mm,调焦组每移动0.1mm,焦平面约移动0.026mm。针对设计结果,随后进行了温度水平分析和温度梯度仿真。对于温度水平分析,在-60℃～+60℃下进行了稳态调焦分析,分析结果表明经调焦组主动调焦后,物镜成像质量与常温下相差不多,可成清晰像;于此同时,相机可在调焦完成后,在温度宽度为±16℃的范围内保证像质。对于温度梯度仿真,人为地对各透镜单独设定温度场得到20℃轴向、径向温度梯度,有限元仿真及相应的计算结果表明,经主动式温度调焦后,在温度梯度情况下,相机物镜依然保证成像清晰。     

高功率KTP晶体光参量振荡器热效应

采用有限元分析方法对KTP晶体内部3维温度分布情况进行了精确计算。根据参量过程满足的能量守恒条件和动量守恒条件,利用KTP晶体的热光色散方程计算了参量过程中温度对相位匹配角、光波走离角、允许角及晶体的有效非线性系数的影响。结果表明:晶体内温度分布不均匀;在沿着通光方向上晶体截面温度分布不同;加强晶体表面冷却效果,可有效降低温度对相位匹配角、光波走离角、允许角及晶体的有效非线性系数的影响。     

光学系统透镜热形变特性仿真研究

光学系统透镜组件在环境温度变化时发生的形变,特别是透镜的厚度、面形以及透镜间空间位置的变化,对系统成像质量有着不可忽视的影响。分析计算了某型导引头光学系统透镜组件在温度载荷下的形变特性。计算结果表明,当环境温度从20℃降低到-40℃时,透镜表面位移呈现出显著的梯度变化,7个透镜中表面的最大位移达0.05mm,透镜厚度的变化率超过0.05%,透镜间距离的最大变化率为3.46%。利用数据重构技术,计算结果可以作为透镜镜面形变分析的参考数据。     

光学薄膜样品的温度场和形变场分析

通过积分变换理论上求解了光学薄膜样品在脉冲或方波调制激励光作用下的热传导方程和热弹方程,从而获得了样品在瞬态和稳态情况下对应的温度场和形变场.为验证所求解,将理论解析解的计算机模拟结果与有限元的分析结果在时域和空间域进行了比较,两结果获得了较好的一致性;同时讨论了温度,热变形随激励光的调制频率、光斑半径等参数的变化.讨论了此模型在测量光学薄膜样品吸收损耗和表面热变形中的应用. 关键词： 温度场 形变场 表面热透镜 有限元     

环形激光二极管抽运棒状激光器中瞬态温度和热应力分析

直接从激光二极管发光强度的角分布出发,采用光线追迹方法获得激光棒内的热沉积分布,在此基础上采用热传导模型和热力模型,比较了不同抽运功率、不同棒半径下达到稳态温度分布的时间,并且对稳态和瞬态热应力进行了详细模拟计算。结果表明,采用环形激光二极管阵列侧面抽运的棒状激光器中的热效应问题十分严重,不同的抽运结构参量下,温度分布不同;达到稳态所需时间随棒半径增大而增加,而不受抽运功率的影响;抽运功率越大,棒内温差增大,热应力也越大;热破坏主要集中于激光棒中心区域和表面区域。