旋转液面的光学性质探究及应用

匀速旋转的圆柱形容器带动其中盛放的液体围绕容器中心轴匀速旋转时,液体的表面在离心力与重力的综合作用下会形成一个抛物面.该抛物面的光学焦距与重力加速度和转速有关,从而利用该装置测量了本地的重力加速度,并利用抛物面聚光的性质制成了一个简易的反射式牛顿焦点系统望远镜,还测定了望远镜的横向放大率与转速之间的关系.     

抛物面反射镜光轴的确定

介绍了一种确定抛物面反射镜光轴的新方法。当抛物面反射镜绕着机械旋转轴旋转时,利用2束平行光(一束与机械旋转轴平行的光和一束与机械旋转轴成一定角度的斜平行光)经抛物面反射镜反射的像点运动,调整抛物面反射镜的位置,使光轴与机械旋转轴重合。理论分析结果表明：其定轴的倾斜误差不大于1′,平移误差不大于5μm。该方法可用于抛物面反射镜检验,也可用于抛物面反射镜的调校工艺中。     

X射线长组合折射透镜的理论和实验研究

结合矩阵光学方法与衍射理论,得到研究X射线长组合折射透镜光学性能(包括焦斑尺寸、有效光束半径和强度增益等)的理论方法。设计并采用LIGA技术实际制作了顶点曲率半径50μm的抛物面型PMMA材料长X射线组合折射透镜,在北京同步辐射装置(BSRF)的形貌站(4W,1A)对其在8keV时的聚焦性能进行了实际测试。给出了模拟计算和实测结果,并进行了分析讨论,实测结果显示了良好的聚焦效果,理论与实验结果基本吻合。     

激光脉冲重复频率对冲量耦合系数的影响

设计了触发间隔从100 ms到5 ms可调的双脉冲触发器驱动TEA CO2激光器高压开关,用以模拟激光器不同的输出脉冲重复频率。用该装置精确控制的不同激光脉冲重复频率下,对抛物面型光船模型进行了大气模式激光推进中冲量耦合系数的实验研究。发现冲量耦合系数随着重复频率的增加而下降,而单位时间内光船获得的冲量耦合系数的增量则随着重复频率的增加而增大。初步分析认为,这是由于飞行器内的空气未得到充分的补充造成的。     

线性菲涅耳聚光装置的聚光比分析

在设计聚光太阳能热发电系统时,有必要分析聚光装置的聚光比.线性菲涅耳聚光反射装置是对连续抛物面聚光镜的一种离散化近似,该聚光装置中每一行反射镜面均实时跟踪太阳,将太阳人射光反射至固定位置的线性吸热器上,故每一镜元在吸热器上形成的反射光带宽度均时刻变化,这使系统聚光比分析变得非常复杂.利用二维光学分析,得到线性菲涅耳反射...     

高空大气探测激光雷达的安装与调试

介绍了高空大气探测激光雷达的接收望远镜的光路及安装与调试的情况。对离轴抛物面主镜、凹抛物面副镜及转折平面镜的调校作了简要说明。给出了望远镜系统 60km附近的Rayleigh回波和 80～ 1 1 0km的钠层回波的结果。结果表明 ,回波的信噪比很高 ,如果使用更大的镜子的话 ,则会得到更好的结果     

复合抛物面聚光器作为可见光通信光学天线的设计研究与性能分析

针对室内可见光通信的特点, 选择复合抛物面聚光器作为可见光通信系统光学天线, 介绍了复合抛物面聚光器的几何结构和光学特性, 利用光学仿真软件 TracePro对复合抛物面聚光器进行了设计、建模与仿真. 通过对不同光源条件下复合抛物面聚光器聚光特性的仿真发现: 在光源为朗伯辐射模型时复合抛物面聚光器的聚光性能更好, 且视场角越小增益越高; 但接收端与光源的相对位置对小视场复合抛物面聚光器的实际增益有明显影响, 在仿真条件下, 视场角为10°的复合抛物面聚光器实际增益为22.88, 比理论值降低了31%. 在此基础上, 在一个5 m×5 m×3 m的房间中对采用复合抛物面聚光器为光学天线的室内可见光通信系统进行了建模, 分别得到了直射链路和非直射链路下房间内各个位置的光功率分布. 仿真结果表明, 采用一个视场角为60°的复合抛物面聚光器为光学天线, 两种链路下平均接收功率分别提高了4.29 dBm和4.77 dBm, 非直射链路比直射链路的平均接收功率提高了11.2%.     

汇聚式反射抛物面的宏观聚光测试

 目前反射式抛物面的检测主要是利用光的干涉法测量抛物面的光程来实现,虽然精度比较高,但却只能检测抛物面的光滑程度,而对抛物面的聚光效果无能力。该文从基本原理出发,重申反射式抛物面的聚焦成像本质,进而指出确定其聚光精度的关键是反射面各点的面积元方向与入射光的夹角关系,而不是光程关系。同时给出了应用特大口径平行光源或特大口径平行光源组合直接对反射抛物面进行检测的方法,它可以定性地检测出抛物面宏观的聚光效果和成像质量。     

激光脉冲重复频率对冲量耦合系数的影响

 设计了触发间隔从100 ms到5 ms可调的双脉冲触发器驱动TEA CO₂激光器高压开关，用以模拟激光器不同的输出脉冲重复频率。用该装置精确控制的不同激光脉冲重复频率下，对抛物面型光船模型进行了大气模式激光推进中冲量耦合系数的实验研究。发现冲量耦合系数随着重复频率的增加而下降，而单位时间内光船获得的冲量耦合系数的增量则随着重复频率的增加而增大。初步分析认为，这是由于飞行器内的空气未得到充分的补充造成的。     

旋转二次曲面线圈轴线上的磁场

从普通物理电磁学角度出发,分别讨论了球状、椭球状、旋转抛物面状及双曲面状线圈旋转对称轴线上的磁场问题,最后得到了一个关于旋转二次曲面对称轴线上磁场的普适表达式.     

离轴抛物面镜的单件加工技术

介绍了单件加工离轴抛物面镜的基本过程。主要是先按公式算出起始球面半径，并磨好这个球面。然后计算出最大非球面修磨量，根据其大小决定修改非球面从细磨开始还是直接用抛光修改。用刀口检验离轴抛物面时的要点是一定要用直角刀口。修磨时要先修误差最突出的地方。关键的问题是避免出现马鞍形的局部误差。     

用于太阳能推进的可折叠展开式伞状龙骨聚光器

为有效提高空间太阳能聚光器的聚光效率,提出了一种用于太阳能热推进器的具有伞状龙骨结构的可折叠展开式抛物面太阳能聚光器设计方案,该方案可以克服充气展开式抛物面聚光器和刚性固定抛物面聚光器具有的技术难题。设计了一个聚光功率100 kW,开口圆半径4.9 m的可折叠展开式伞状龙骨结构正焦抛物面聚光器,利用Fluent软件,对太阳能热推进器进行了模拟和性能预示,以氢气为工质气体,得到系统的推力和比冲可以分别到达10.23 N和701.4 s。结果表明:这种推进器具有比冲高、推力适中的特点,可以用于微小卫星、纳卫星的轨道转换及姿态控制。     

级联式平面抛物面型X射线组合折射透镜的设计与制作

X射线组合折射透镜(CRL)已逐步成为同步辐射光源下X射线聚焦光学器件的标准配件之一,它具有结构紧凑、易调节校准、适用光子能量范围大等优点.本文设计了一种级联式平面抛物面型CRL,它将N1个具有较大抛物面几何孔径(R0)的折射单元I与N2个具有较小抛物面顶点曲率半径(R)的折射单元II级联,以解决常规CRL设计过程中焦斑尺寸与透过率的矛盾.采用PMMA材料,利用LIGA技术制作了一组级联式平面抛物面型CRL,其中折射单元I的主要结构参数为N1=15,R1=200μm,2R01=564μm;折射单元II的主要结构参数为N2=20,R2=50μm,2R02=140μm.在上海光源同步辐射线束上,所制作的级联式平面抛物面型CRL实现了对初始光斑尺寸为200μm×100μm的入射X射线的一维聚焦,测试得到的焦距为1.052 m,横向焦斑尺寸为24.9μm@8 keV,透过率为2.19%.     

激光指示器光轴调校技术

利用反射式光学系统对激光指示器的光轴进行了调校。提出了激光指示器及观瞄装置的光轴校正方案,并建立了调校装置。该装置由离轴抛物面反射镜、十字靶标、背景光源、图像采集装置及其它附件组成。对调校装置的测量精度进行了标定和计算。结果表明,该装置的测量精度可达到0.05mrad。利用该装置对激光指示器的光轴进行了调校,并给出了系统示意图和测试效果。     

基于室内可见光通信技术的新型两级光学接收天线设计与分析

针对室内可见光通信系统的应用需求,设计了一种新型两级光学接收天线.根据复合抛物面聚光器光学增益随视场增大而减小的聚光特性,将复合抛物面聚光器截面基准曲线旋转设计得到具有一定旋转角与厚度的透镜壁复合抛物面聚光器.进一步结合透镜壁复合抛物面聚光器和半球透镜的优势设计了一种新型两级光学接收天线,在增益保持的情况下视场角增大了近20~?.在一个5 m×5 m×3 m的空旷房间,通过Trace Pro建立光学天线的分析模型,Matlab软件对室内可见光通信系统进行信道建模.计算结果表明,采用这种新型两级光学接收天线,与直接接收的情况相比,平均接收功率增幅为757.2%,是复合抛物面聚光器的5.62倍;信噪比平均值增幅为28.07%,是复合抛物面聚光器的1.67倍;光学增益为11.49,是复合抛物面聚光器的2.81倍.且光斑半径仅为2.5 mm,较复合抛物面聚光器减小了近37.5%,使得能量集中均匀分布,进一步证实该新型两级光学接收天线适用于室内可见光通信系统.     

一种离轴抛物面镜像差校正镜组的设计

无光焦度校正板在光学像差校正中具有重要的作用。为校正大口径离轴抛物面的轴外像差,根据离轴抛物面式平行光管的设计特点,提出了一种用偏置于离轴抛物面镜之后的无光焦度校正板以校正其轴外像差的新结构。根据三级像差理论,分析并进一步推导了大口径离轴抛物面的单色像差分布系数,推导出偏置无光焦度校正板与离轴抛物面的空间几何关系,得出了计算偏置无光焦度校正板初始结构的方法。经过实例验证,由此方法计算出的初始结构参数正确,可有效提高优化设计的效率,同时,此结构能够以相对较小的口径校正离轴抛物面的轴外像差。     

利用调整技术补偿离轴抛物面反射镜面形误差

为了提高光学系统的成像质量,对离轴抛物面反射镜的面形准确度要求越来越高,这大大增加了反射镜的加工难度.本文基于波像差理论,分析了在离轴抛物面反射镜中调整量引入的波像差,提出通过适当调整离轴抛物面反射镜的位置补偿反射镜的面形误差,可以降低离轴反射镜的加工难度、缩短其加工周期、减少加工成本.并借助于ZEMAX软件对一块面形准确度低于λ/40RMS(λ=632.8nm)离轴抛物面反射镜进行仿真实验,根据理论计算的调整量调整反射镜的位置,得到了补偿后的离轴抛物面反射镜的面形误差小于λ/60RMS,仿真结果表明在离轴抛物面反射镜中引入适当的调整量可以有效地补偿反射镜的面形误差.     

非球面反射镜的弹性变形加工

本文研究了利用弹性变形加工离轴抛物面的方法,并给出了一个特定的离轴抛物面的实验结果。镜面最大误差<1/4λ,均方根误差为0.O67λ,λ=0.6328μm。     

反场收缩稳定时间的世界纪录——8毫秒

不久前,美国 Los Alainos实验室在 ZT-40装置上取得了稳定地约束等离子体的时间长达8毫秒的新成绩[1].ZT-40是一个小型反场 Pinch装置,其小直径2a=40厘米,大直径2R=2.3米,最大等离子体电流为600千安培.目前运转在250千安培,得到的电子温度为150电子伏特.ZT-40小组学习意大利Padua的 Eta-BetaII装置的成功经验,于1980年冬,用极薄高电阻率的金属代替了陶瓷真空室,等离子体的约束时间从100微秒延长到3毫米.他们又利用大的慢电容器组放电感应等离子体电流,以补偿损耗,从而创造了稳定约束等离子体8毫秒的世界纪录. 反场 Pinch(Reversed F…     

抛物面型X射线组合折射透镜聚焦性能的理论与实验研究

结合衍射理论和矩阵光学方法得出抛物面型X射线组合折射透镜的光学性能指标(包括其焦距的严格表达式、薄透镜近似的判定准则、透过率和有效孔径,以及极限聚焦光斑尺寸等).采用X射线深度光刻技术实际制作了PMMA材料抛物面型X射线组合折射透镜并给出了工艺测试结果.最后在北京同步辐射装置(BSRF)上,实际构建了基于3种不同结构参数的PMMA材料抛物面型X射线组合折射透镜的微束聚焦实验系统.并实际测试了其聚焦性能,均获得了良好的聚焦效果,给出实测结果并对实测结果进行了分析和讨论.