光学系统中白宝石分光镜的热变形像差分析

以光学系统中的白宝石分光镜为研究对象,利用有限元方法和Zernike多项式对其热变形像差进行了计算和拟合,分别对入射激光的反射相移和信标光的透射相移进行了研究和分析。入射激光的反射相移的主要像差为离焦项;信标光的透射相移的主要像差包含离焦项和主球差项,而主球差的引入主要是由于在激光入射区域边界上轴向温度分布的不均匀性。利用像差比率γnm直观反映入射激光的吸收功率与反射激光和透射信标光的像差的关系,对入射激光而言,其离焦比率γ20=0.0393;对信标光而言,其离焦比率γ20=-0.0011,主球差比率γ40=-0.0033。     

空基跟踪平台变焦镜头光机热集成分析

针对空基光电跟踪平台可见光变焦镜头进行光机结构设计及光机热集成分析。依据跟踪镜头-20~50 ℃的温度适应性指标要求,对变焦镜头进行光机集成分析。首先,建立了变焦镜头的有限元模型。其次,采用Patran软件对光机系施加温度载荷计算镜头的热弹性变形,利用Nastran软件计算个各光学元件镜面节点变形后的点云刚体位移。最后,采用 Sigfit光机接口软件分析温度载荷工况下各光学组件镜面Zernike系数,将分析结果导入Zemax中考核镜片面型变化以及刚体位移变化对MTF的影响。分析结果表明:在-20~50 ℃的温度载荷下,光学系统全视场的MTF @100 lp/mm值均大于0.3,满足技术指标要求。最后通过温度可靠性实验对变焦镜头的温度适应能力以及光机集成分析准确性进行实验。     

装夹方式及预紧力对透镜像差特性的影响规律

高精度光刻物镜中的光学透镜在自身重力以及装夹预紧力的作用下,面形会发生变化,从而会对光学系统各种像差造成影响。在考虑透镜自重的情况下,研究了镜片夹紧方式及夹紧力对其像差的影响规律。分别在镜片顶面和侧面施加2～6点均布、均匀载荷,且每种加载情况下夹紧力线性增大,通过有限元仿真计算出各种受力情况下的镜面变形;将变形量数据用66项标准Zernike多项式进行拟合,分析载荷均布点数以及载荷力大小对透镜像差的影响。分析结果表明:各种加载工况下透镜像差中的重要影响项皆为平移、离焦、球差和n-foil(n为均布载荷点数);重要影响项所对应Zernike多项式的系数变化与夹紧力变化呈线性关系。分析结果为补偿透镜像差提供了依据,并能指导像差校正的透镜设计。     

透射式红外光学系统的光机热集成分析

利用有限元软件ANSYS建立了透射式红外光学系统的有限元模型,并对其进行热应力分析。以Zernike多项式为接口工具对变形后光学透镜的面形进行拟合,将得到的Zernike系数、透镜间隔的改变量和材料的折射率变化量代入光学设计软件ZEMAX中,分析变形后系统的光学性能。分析结果表明,温度改变使光学透镜的面形发生严重变化,并且使光学系统的像面产生漂移,导致系统的光学性能下降;光机热集成分析方法在红外光学系统中的应用,可以预测热环境对系统的光学性能的影响,为光机系统设计提供参考。     

中心遮拦非球面主镜Seidel像差拟合分析的优化

中心遮拦干涉图的圆Zernike多项式拟合存在交叉耦合现象,进而影响到Seidel像差的计算。利用干涉仪数据处理软件提供的Mask功能构造出一系列不同遮拦比的中心遮拦干涉图并计算出其圆Zernike拟合系数,结合自编软件判断出被测非球面镜的中心遮拦比对于5项Seidel像差是否达到阈值,给出了具体的实现流程,并对口径为700mm、中心遮拦比为0．23的抛物面主镜进行了实验研究。分析结果表明,该优化分析方法简单易行,基于标准干涉数据处理软件,无需编写复杂的数据格式转化和多项式拟合程序,即可得到相对较准确的Seidel像差估计值。     

多程放大系统中透镜倾斜对系统像差的影响分析

为了研究多程放大系统中的透镜倾斜对系统像差影响,采用在商用光学设计软件ZEMAX中建模进行光线追迹结合实验验证的方法,得到了初步分析结果.结果表明,在此类多程放大系统中,对远场能量集中度有较大影响的几种像差主要由透镜离轴倾斜使用造成的,其中离轴四程透镜的影响较大,而且离轴四程透镜的倾斜角度对整个多程系统输出的波前影响并非是线性上升.对校正装置的系统输出波前畸变及今后类似光路的优化设计有一定参考意义.     

光机热集成方法的红外系统应用

红外光学系统在军事、航空航天、民用等领域应用越来越广,系统面临的外界环境复杂多变。只用光学分析软件来评估系统性能的传统方法不仅无法综合考虑不同材料间耦合影响,也不能较为准确地描述热物理梯度场,因此对结果的精确性分析略显不足,而光机热集成分析是综合多物理场作用的有效方法,涵盖了光学、机械、热学三个方向对系统性能的影响因素。通过研究Zernike多项式拟合算法,编制了学科间的数据转换程序,实现了分析模块间的数据传输,并在热不敏红外系统的设计过程中采用光机热集成分析方法得到高低温工况下的光学系统传递函数,为指导系统设计改进、提高系统性能提供了有力的理论依据。     

人眼像差的数学表示及主观式波前像差测量仪的设计与应用

本文详细介绍了一种新型主观式波前像差仪的工作原理,具体地阐述了主观式波前像差仪的光路控制系统、瞳孔自动跟踪系统以及计算机软件控制系统,并给出了像差仪的结构原理图以及程序控制流程图。同时介绍了主观式波前像差仪中用于定量描述波前像差的两种方法:Zernike多项式和波前像差图。主观式波前像差仪能精确地测量出人眼的低阶和高阶像差,其应用前景广阔。     

非制冷焦平面红外热像仪光机热分析

非制冷红外热像仪在军事和民用领域具有广阔的应用前景.在空间或军事应用中,环境温度变化对系统成像质量影响很大.红外光学系统对温度变化非常敏感,温度的变化引起镜片间距的改变等,使系统产生离焦等热像差,从而使系统成像质量下降.利用光学设计软件Zemax的多重结构功能分析了红外光学系统在-20～60℃温度范围内的光学传递函数变化情况,结果表明系统的传递函数下降很小,满足设计指标的要求.     

基于Zernike多项式的人眼波前像差拟合算法

采用改进的Gram-Schmidt正交化法对矛盾方程的广义增广矩阵进行正交三角化,导出求解基于Zernike多项式的人眼波前像差拟合系数的算法。通过拟合给定模式系数和一般数学波面的两种方式对算法进行了验证。验证结果表明,该算法与直接构造法方程组解法的计算精度相当。该算法避免了因构造法方程组而引入的计算误差,易于编程,是一种比较理想的求解Zernike多项式拟合系数的算法。     

抖动激光陀螺谐振腔的热特性研究

激光陀螺高低温条件下所产生的热应力、形变对其全温性能有重要影响。传统激光陀螺腔体设计重点关注谐振腔的光学特性,力学和热学特性研究较少。传统谐振腔结构设计主要采用经验公式与试验方法,设计迭代次数较多,设计效率低。利用有限元分析方法对抖动激光陀螺谐振腔的主要结构参数与热特性的关系进行研究,得到了谐振腔温度场的分布,以及谐振腔主要结构参数与谐振腔热应力、热形变之间的关系曲线,为抖动激光陀螺的谐振腔优化设计提供了重要方法和指导性依据。该研究对提高抖动激光陀螺设计效率、缩短设计周期、降低成本有着重要意义。     

航天用中继测控射频模块的热设计

介绍了航天用中继测控射频模块的热设计方法,针对设备实际应用环境提出了热设计方案以及工艺实现方法,同时采用有限元法对设备进行了热仿真优化。对样机进行了试验测试,几款功率器件结温均满足航天降额要求,保证了产品在其工作环境的长期可靠性,并通过热平衡试验验证了工艺措施和热仿真的合理性与可行性。     

红外光学薄膜的热应变效应分析

引入了一个分析红外光学薄膜热应变效应的模型,并针对具体情况,对模型作了必要的改进.应用新模型对高温淀积薄膜的冷却过程进行了模拟计算,得出了冷却后薄膜平均折射率与多个薄膜工艺和材料参数的关系,并对模拟结果作了相应的比较分析.     

基于灵敏度分析的主轴热特性有限元模型修正

提出了一种基于灵敏度分析的模型修正方法。以某机床厂高精度磨床主轴系统为研究对象,通过有限元法仿真主轴系统温度场,结合试验测得几个关键测量点的实测温度,推导出修正边界条件的灵敏度矩阵,并反求出待修正参数的优化值,修正该主轴系统的热特性有限元模型。试验结果表明,基于灵敏度分析的模型修正方法经过4次迭代就能收敛到最优值,且经修正后的模型参数能使仿真的温度场最大误差从1199%减小到288%。     

有限元分析软件ANSYS在多芯片组件热分析中的应用

MCM(多芯片组件)的热分析技术是MCM可靠性设计的关键技术之一。基于有限元法的数值模拟技术是MCM热设计的重要工具。文中主要以ANSYS软件为例,介绍利用其对MCM进行热分析的实例。建立了一种用于某种特殊场合的MCM的三维热模型,得出了MCM内部的温度分布,并定量分析比较了空气自然、强迫对流和液体自然、强迫对流情况下对散热情况的影响。研究结果为MCM的热设计提供了重要的理论依据。     

大功率LED照明灯有限元热设计与高效系统开发

随着LED亮度要求的不断提高,LED的温度分布和采用的散热手段对LED的可靠性有很大影响。利用ANSYS软件对LED照明的散热问题进行了详细的模拟计算。基于100 WLED实验和模拟结果的一致性,分析比较了不同结构和加载方式对200 WLED温度分布的影响。采用增加散热片个数及其长度、Al锭厚度、灯头的直径等因素,对LED的散热进行了优化设计,结合基于VC++的二次开发系统,较好实现了LED热模拟分析。研究发现LED照明灯的传热方向主要是轴向,轴向散热设计可提高LED开发效率;点阵排列LED灯的温度分布呈现一定的温度梯度;在基于实验验证的模拟可以较好实现不同功率的LED灯散热设计。模拟分析为LED的散热方案优化设计提供了有效的参考依据和手段。