子孔径拼接干涉检测凸非球面的研究

在总结各种检测凸非球面方法优缺点的基础上,提出了利用子孔径拼接干涉检测凸非球面的新方法。利用标准球面波前作为参考波面,用干涉法逐次测量非球面各区域的相位分布,去除参考波面偏差以及调整误差后,通过子孔径拼接算法就可以重构凸非球面全口径的面形分布。研究和分析了该方法的基本原理和基础理论,开发了综合优化和误差均化的子孔径拼接算法。设计和研制了子孔径拼接干涉检测装置,并结合实例对口径为140 mm的碳化硅凸非球面进行了子孔径拼接测量,得到了精确的全口径面形分布,其面形分布的峰值(PV)和均方根(RMS)值偏差分别为0.274λ和0.024λ(λ=632.8 nm),且对该非球面进行零位补偿测量,其全口径面形与拼接全口径面形是一致的,面形分布的PV和RMS值的偏差仅为0.064λ和0.002λ,从而提供了又一种定量测试凸非球面的手段。     

离轴非球面在细磨与粗抛阶段的波面再现技术

基于付科法的离轴非球面波面再现检测技术,通过对付科检测过程的数学分析,建立了离轴非球面波面再现的数学模型,提出了波面整合算法,通过对两幅阴影图灰度值积分、去倾斜及波面整合等数据处理再现出被检离轴非球面的波面误差.在被检离轴非球面两个方向的弥散斑分别为0.152mm和0.284mm时,干涉检测得到其面形误差峰谷值为1.110μm、均方根值为0.194μm,且两种检测方法的波面轮廓相一致.实验结果验证了基于付科法的离轴非球面再现技术的正确性,可以应用于指导离轴非球面在细磨粗抛阶段的加工并且实现与精抛光阶段干涉检测的有效衔接.     

非球面碳化硅反射镜的加工与检测

为了获得高精度非球面碳化硅(SiC)反射镜,对非球面碳化硅反射镜基底以及改性后碳化硅反射镜表面的加工与检测技术进行了研究。介绍了非球面计算机控制光学表面成型（CCOS）技术及FSGJ-2非球面数控加工设备。采用轮廓检测法和零位补偿干涉检测法分别对碳化硅反射镜研磨和抛光阶段的面形精度进行了检测,并采用零位补偿干涉检测法及表面粗糙度测量仪对最终加工完毕的碳化硅反射镜的面形精度和表面粗糙度进行检测。测量结果表明：各项技术指标均满足设计要求,其中非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）为0.016λ(λ=0.6328μm）,表面粗糙度（RMS值）为0.85nm。     

非球面数字波面检测技术

提出了一种快速检测浅度非球面（非球面度小于0.01 mm）的方法,该方法无需补偿器或其他辅助光学元件进行零位补偿。用移相干涉仪直接测量正轴或离轴的浅度凹非球面,剔除平移、倾斜、失焦等调整误差后,得到实际被测镜面的面形分布数据;根据正轴或离轴的浅度凹非球面矢高方程计算理想非球面的面形分布数据,得到理论波面数据,用实测的面形分布数据减去理论的面形分布数据即可得到被检非球面的剩余波像差,即面形误差。利用该方法测量了一口径为135 mm的双曲面,并用零位补偿法加以验证。两种方法的检测结果精度相当,说明数字波面法可实际应用于正轴或离轴的浅度凹非球面的检测。     

非球面非零位检测的逆向优化面形重构

非球面的非零位检测较其零位检测而言具有更强的通用性,但非零位检测偏离了零位条件,所产生的回程误差给被测非球面的面形重构带来一定困难。针对非球面非零位检测中回程误差的校正与面形重构问题,提出了基于检测系统理论建模的非球面面形逆向求解技术。该方法对实际检测系统进行理论建模,设置被测面面形为变量,以实际检测到的波前作为目标函数,通过拟合优化得到的结果进而重构出被测面面形。对逆向优化重构技术进行了仿真验证、实际检测和误差分析,实际测量口径为101.0mm的凹抛物面反射镜,检测结果与标准零位法测得结果一致,峰谷值和均方根值误差分别优于λ/20和λ/50。     

球面的快速测量与非球面的快速拼接

利用立式车间用球面干涉仪实现比较法球面面形测量，一次调整好以后可以达到多片快速测量，避免复杂的调整，通过监示器看到光圈；并可以通过条纹扫描技术实现光圈数Ｎ及局部光圈数ΔＮ的自动客观判读；对于低陡度非球面的多块拼接，可以籍助“非球面特征干涉图”实现快速初步拼接，然后再用每个子孔径的相位探测实现整个孔径的拼接，并可以通过数字的测量与波面相减自动获得非球面的面形误差。     

基于空间光调制器的波面重建优化方法研究

针对不同非球面面形的实时检测需求,研究了基于空间光调制器的标准波面重建技术.基于空间光调制器波面重建的原理设计了干涉测量系统,依据空间光调制器的自身特点选取修正离轴计算全息编码方式实现对标准球波面的编码.针对实验中空间光调制器作为全息再现介质引起重建波面质量下降问题,提出了错位叠加优化方案,并将这一过程进行了模拟实验.结果表明,基于错位叠加方法的重建波面均方差值提高了近4.45倍.研究成果为非球面检测过程中标准波面的获取提供了可靠的理论基础.     

非球面光学元件的面形检测技术

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展,重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术,并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述,提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状,展望了非球面检测技术的发展趋势。     

非球面光学元件的面形检测技术

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展,重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术,并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述,提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状,展望了非球面检测技术的发展趋势。     

F/0.78高次非球面零位补偿检测与投影畸变校正

为实现高次非球面的高精度检测与确定性加工,从高次非球面检测的零位补偿器设计和干涉检测图的投影畸变校正两方面出发提出了具体的解决方案。首先,基于三级像差理论与PW法推导了高次非球面三片式补偿器初始结构参数计算公式。针对有效口径314 mm、F/0.78的8阶偶次非球面,将基于公式获得的初始结构参数代入光学设计软件进行缩放、优化后获得PV=0.009 6λ、RMS=0.001 2λ（λ=632.8 nm）的补偿器设计结果,公差分析结果表明此设计满足高次非球面λ/50的检测精度要求。进一步地,针对基于零位补偿器的干涉检测图存在畸变的问题提出了一种校正方法,该方法采用零位补偿器的成像畸曲线数据确定干涉图的畸变规律,利用畸变零点求解算法确定畸变中心,结合畸变规律与畸变中心点坐标进行逆向求解实现干涉检测图畸变的快速校正。采用本文所提方法对零位补偿检测结果进行畸变校正,基于畸变校正结果对非球面进行了6次磁流变抛光后,面形RMS由0.270λ收敛至0.019λ,验证了该畸变校正方法的有效性。     

液晶空间光调制器相位调制的色散特性研究

提出用椭偏仪法测试了自制液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制色散特性.椭偏仪法具有光路简单,结果准确,测试自动化等优点,相比单色光源干涉仪测量方法更加简单实用.结果表明,在短波长(450 nm)处,LCSLM的相位调制能力为1.54λ(λ=450 nm),在长波长(800 nm)处,LCSLM的相位调制能力为0.70λ(λ=800 nm),与理论分析的色散特性基本一致.     

径向折射率周期性分布波导的传播模式

在截面为圆形,沿半径方向折射率n1、n2分层周期性分布的波导中,n1折射率层中电磁场为振荡型,n2折射率层中电磁场为衰减型。将相邻n1、n2层作为一个单元,用转移矩阵法进行了计算,得到了单层(m=0)、4层(m=2)、10层(m=5)三种情况下的β-λ关系。虽然多层介质中有衰减层,但它们的β-λ关系与单层的类似。     

Complex singularity of a stokes wave

Two-dimensional potential flow of the ideal incompressible fluid with free surface and infinite depth can be described by a conformal map of the fluid domain into the complex lower half-plane. Stokes wave is the fully nonlinear gravity wave propagating with the constant velocity. The increase in the scaled wave height H/λ from the linear limit H/λ = 0 to the critical value H _max/λ marks the transition from the limit of almost linear wave to a strongly nonlinear limiting Stokes wave. Here, H is the wave height and λ is the wavelength. We simulated fully nonlinear Euler equations, reformulated in terms of conformal variables, to find Stokes waves for different wave heights. Analyzing spectra of these solutions we found in conformal variables, at each Stokes wave height, the distance ν _c from the lowest singularity in the upper half-plane to the real line which corresponds to the fluid free surface. We also identified that this singularity is the square-root branch point. The limiting Stokes wave emerges as the singularity reaches the fluid surface. From the analysis of data for ν _c → 0 we suggest a new power law scaling ν _c ∝ (H _max ? H)^3/2 as well as new estimate H _max/λ ? 0.1410633.     

On the tremendous effect of an electric field on the crystal lattice of quasi-one-dimensional conductors with a charge density wave

The deformation of the lattice of quasi-one-dimensional conductors with a charge density wave deformed by an electric field has been considered. In the case of the “strong” interaction between the charge density wave and lattice, the effect of the field can be compared to the usual piezoelectric effect with a tremendous piezoelectric modulus that is larger than the value in ionic crystals by a factor of L _c/λ (λ is the period of the charge density wave and L _c is the coherence length reaching several millimeters upon the sliding of the charge density wave). The interaction between the charge density wave and lattice is likely attributed to the possibility of the interband redistribution of charges (rearrangement of covalent bonds) in the process of the deformation of certain compounds with the charge density wave. The observed and expected effects provide a way of the creation of fundamentally new actuators including those of nanometer sizes.     

渡越辐射及其在北京自由电子激光置束测中的应用

在北京自由电子激光器装置的性能改进中,采用了基于渡越辐射的电子束诊断方法。描述了渡越辐射应用于电子束参数测量的基本理论,介绍了BFEL中利用渡越辐射进行的实验方案,并报导了初步的结果。     

利用光学高速阴影照相,研究激光等离子体相互作用的波长及强度定标律

利用光学高速阴影照相,研究了激光在透明介质中的传播。有如下结果:(1)比较了两种不同激光波长上(λ₁=1.3μm及λ₂=0.44μm),在具有相同吸收激光强度下,所产生的不同冲击波压力。(2)分析了冲击波压力对靶面吸收激光功率的依赖关系。 关键词：     

Localized oscillator expansions of nuclear two-body wave functions

Harmonic oscillator expansions are applied to two-body systems simulating the deuteron, triton and alpha particle. Convergence rates in energies and wave functions can be significantly improved when the expansions are localized by first subtracting an approximate asymptotic wave function.     

Formation of the front of longitudinal evolution of the magnetic moment of a ferromagnet under strong inhomogeneous excitation

The longitudinal evolution of the initial magnetization wave front (formed, for example, due to the ultrafast demagnetization of a part of the ferromagnetic material by a femtosecond laser pulse) toward the wave front with a minimum velocity occurs through an intermediate fast wave front. This fast wave front can significantly increase the relaxation rate of the net magnetization in finite-size samples.     

Interaction between free carriers and optical field along the surface of a semiconductor material

We report an experiment showing dynamically the interaction of free carriers with an infrared wave (λ = 10.6μ) guided by the free-carrier effect (static interaction) along the surface of a semiconductor crystal (GaAs). Finally, we present as theoretical model of this experiment.     

超高压下冲击波速度直接测量技术

针对超高压下透明材料的高压离化机理,分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法. 利用Drude-自由电子气模型,分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化. 从理论上比较了不同探针光波长反射率的区别,发现探针光波长为660 nm时比探针光波长为532 nm时获得的冲击波阵面反射率要高. 对探测器"致盲"问题也进行了研究. 通过分析反射信号的时间顺序和强度大小,发现"致盲"效应是由X光对透明窗口离化引起的. 同时,发现方波驱动脉冲平台的前沿到达时刻和X光离化效应出现的时刻相同,冲击波信号到达时刻晚于X光离化时刻. 通过实验结果,得到蓝宝石中冲击波速度为35 km/s时,其波阵面的反射率约为40%. 通过理论分析和实验数据比对的方法,验证了蓝宝石中的减速曲线. 给出了加蓝宝石窗口后的测速公式. 经过和实验对比,确认了测速公式的正确性. 关键词： 冲击波 光学诊断 成像 干涉仪