高速压电倾斜镜动态特性分析

 介绍了高速压电倾斜镜的结构和工作原理，根据拉格朗日方程建立了高速压电倾斜镜转动的运动微分方程，推导了其固有频率的解析式，并以有限元模型与实测结果作了比较，证明所推导的理论模型是可信的，它对高速压电倾斜镜的结构设计具有指导意义。     

闭环控制自适应光学系统变形镜约束技术的研究

为了实现闭环控制自适应光学(AO)系统中的变形镜对倾斜及平移像差的约束,分析了基于限定向量算法对系统动态特性及校正残差的影响,数值仿真结果表明,限定向量算法无法实现约束量的完全抑制,并且严重影响系统的校正效果。提出了基于投影抑制的算法,通过分离像差及在控制电压上实现对变形镜的抑制,采用2种算法利用单变形镜对含有倾斜的像差进行校正的仿真结果表明,采用限定向量算法,变形镜产生了使远场偏移9.3 pixel的整体倾斜时,基于向量投影抑制算法只产生小于0.02 pixel的偏移,并且对前36阶各单阶泽尼克模式的像差校正后具有更高的斯特列尔比。结果表明,基于投影抑制的算法具有更好的约束能力、更低的条件数及具有更优的校正效果。     

抑制光束抖动的压电倾斜镜高带宽控制

提出了一种抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振的方法从而提高系统校正带宽和跟瞄精度.通过分析双二阶滤波器参数对频率特性的影响,提出了一种双二阶滤波器的设计方法,并把这种设计方法结合比例积分(PI)控制算法用于抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振.最后,对经典PI控制算法和增加了双二阶滤波器的PI控制算法进行了实验比较,在相同的条件下,增加了双二阶滤波器的PI控制带宽比经典PI控制带宽提高了近1倍,对平台抖动控制精度提高了5倍以上.实验结果表明:增加了双二阶滤波器的PI控制算法对抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振简单有效,可以提高系统校正带宽和跟瞄精度.     

自适应光学系统中高速倾斜反射镜的稳定控制

分析了自适应光学系统中高速倾斜反射镜的机械谐振现象及其对控制稳定性和控制带宽的影响。根据测量数据建立了机械谐振的动态数学模型。讨论了低通滤波和双二阶网络滤波等几种可以减小倾斜反射镜机械谐振的方法。实验表明采用网络滤波技术后 ,高速倾斜反射镜的控制稳定性和控制带宽都得到了较大的改善。     

自适应光学系统中高速倾斜反射镜的稳定控制

 分析了自适应光学系统中高速倾斜反射镜的机械谐振现象及其对控制稳定性和控制带宽的影响。根据测量数据建立了机械谐振的动态数学模型。讨论了低通滤波和双二阶网络滤波等几种可以减小倾斜反射镜机械谐振的方法。实验表明采用网络滤波技术后 ,高速倾斜反射镜的控制稳定性和控制带宽都得到了较大的改善。     

高速调幅光束的光折变两波耦合的理论研究

对高速调幅光束的光折变两波耦合进行了理论研究，给出了复耦合系数为任意值时两波耦合方程的解析解，讨论了耦合系数对高速调幅光束的光折变两波耦合的影响。     

基于零级贝塞尔光束干涉产生的局域空心光束

通过对由两个零级贝塞尔光束相干叠加形成的三维衍射光场的理论分析和计算机模拟,发现当双零级贝塞尔光束的有关参量满足一定条件时,会在光轴上形成一系列高质量的局域空心光束。在此基础上,进一步分析了这种阵列局域空心光束的大小、阵列周期及局域空心光束的质量与双零级贝塞尔光束和光路参量的定量关系。推导出双零级贝塞尔光束叠加时在中心暗斑位置达到完全干涉相消的条件是通过两个环缝的能量要相同,以及产生最佳局域空心光束的内外环缝光源半径的比值为0.465。该研究为进一步设计制备基于双零级贝塞尔光束干涉实现阵列局域空心光束的新型衍射光学元件提供了理论依据和设计参量。     

高速转镜的试验研究

本文叙述了高速转镜的试验研究所获得的结果和实际应用情况。 该文讨论了高速转镜在高速旋转时遇到的某些难题和解决方法。主要研究了转镜的驱动方法、转镜支撑、开速机构、转镜材料、光学镜面制作、真空技术、滑轮和喷咀、转镜截面形状的选择及测速方法等。     

基于浸没式光刻光束稳定系统的反射镜

根据浸没式光刻系统的技术要求,设计了光束稳定系统,通过两个反射镜消除光束的位置漂移和指向漂移.基于深紫外材料特性,选择JGS1作为反射镜的基底,Al2O3和MgF2为高、低折射率薄膜材料.通过膜系设计软件完成了高反射膜的设计和模拟分析,并采用真空沉积技术研制了该薄膜.通过选择行星夹具镀膜设备和设计特定的补偿挡板来保证薄膜的非均匀性小于0.2%.测试了反射镜样片的光谱曲线和表面微观结构,结果表明研制的薄膜在45°入射时的反射率为98.5%,散射损耗为0.30%,满足系统使用要求.     

基于光斑二阶矩的阵列光束倾斜相差自适应控制方法

针对阵列光束相干合成中存在的倾斜相差大的问题,提出了基于合成光束远场光斑二阶矩的阵列光束倾斜相差自适应控制方法。以合成光束远场光斑二阶矩作为评价函数,理论上模拟了采用随机并行梯度下降算法实现7路光束的倾斜闭环控制过程。实验上搭建了7路光纤激光相干合成系统,利用自适应光纤准直器对倾斜相差进行校正。以合成光束远场光斑的二阶矩作为评价函数,采用随机并行梯度下降算法,实现了7路光束的倾斜的闭环控制,合成光束模拟远场光斑的桶中功率由0.05 V提升至1.95 V。实验中将倾斜扰动的增益系数变为与二阶矩相关的函数,实现了自适应变增益系数的倾斜闭环,在一定程度上提升了倾斜控制的带宽。从理论上和实验上验证了基于光斑二阶矩的倾斜相差自适应控制方法在光束合成及合成孔径探测领域应用的可行性。     

基于倾斜场镜的C-T成像光谱仪优化设计

残留谱线弯曲限制了切尔尼-特纳平面光栅光谱仪在成像光谱仪中的应用.本文不同于传统的基于棱镜的光栅谱线弯曲补偿方法,提出了基于倾斜场镜的补偿方法,即在校正场曲的同时对入射到场镜不同区域,不同波长的狭缝像分别进行谱线弯曲校正,且没有改变系统的其它光学特性.对狭缝大小为7.8mm×0.016mm、光谱范围0.31~0.5μm、光谱分辨率0.4nm、物方焦距70mm、1∶1放大倍率的切尔尼-特纳成像光谱仪进行了优化设计,结果全谱段、全视场MTF0.8,点列图RMS半径小于9μm,相对谱线弯曲小于0.2%,满足设计要求.实际设计表明该方法对于可选用光学玻璃有限,且能量较弱的紫外光学系统是一种可选的优化设计方法.     

基于锥镜和振幅调制的马蒂厄光束生成

基于锥镜的相位调制作用和胶片的振幅调制功能,提出了一种能精确高效产生无衍射马蒂厄光束的方案。利用稳相技术,证明了该方案产生马蒂厄光束的理论机制。利用胶片输出仪制作了具有角向马蒂厄函数分布的振幅调制胶片,在实验上精准地产生了一簇马蒂厄光束。理论和实验结果表明,基于锥镜和振幅调制产生马蒂厄光束的方法简单、高效、灵活。     

基于非球面镜的圆环形光束非线性整形方法

提出了一种利用非球面镜对圆环形光束进行非线性整形的方法,该方法利用两个高次非球面镜片小角度放置组成光束变换光路,能够在几乎不损失功率的情况下灵活调整环形光束的遮拦比和强度分布,也能够实现空心光束和实心光束的相互转换,且镜片加工难度低。实验结果表明,利用该方法搭建的光路与理论分析结果吻合较好,能够较好地对光束进行非线性整形。     

基于非球面镜的圆环形光束非线性整形方法

提出了一种利用非球面镜对圆环形光束进行非线性整形的方法,该方法利用两个高次非球面镜片小角度放置组成光束变换光路,能够在几乎不损失功率的情况下灵活调整环形光束的遮拦比和强度分布,也能够实现空心光束和实心光束的相互转换,且镜片加工难度低。实验结果表明,利用该方法搭建的光路与理论分析结果吻合较好,能够较好地对光束进行非线性整形。     

高速压气机不稳定流动声测量技术研究

本文叙述了用声测量技术研究高速压气机的旋转不稳定特性、失速先兆及失速过程,建立了一套测量方法、测量系统,测量了高速压气机管道内声场的时域波形、频谱和管道声模态,结果分析表明:在没有激波的条件下高速压气机的管道声场中也存在低速压气机中可能存在的不稳定分量,但在有激波存在时无法分辨激波分量和不稳定分量,也未发现激波噪声分量的模态特征。所建立的测量系统具有高速、大容量、连续采集多通道信号的能力,并有快速计算频谱和模态的功能,使这种测量技术可成为一种常规研究压气机不稳定特性、失速机理和失速过程的有效方法。     

基于连续镜面变形镜生成模式可调的涡旋光束仿真研究

使用连续镜面变形镜生成涡旋光束,根据涡旋光束相位的螺旋对称结构,变形镜驱动器设计成环形排布,通过生成环形螺旋波前来解决连续镜面变形镜不能拟合奇点的问题.在光路中加入4f滤波系统来滤去高频噪声和次级衍射旁瓣.推导了空间滤波的小孔半径的表达式,这可以保证在滤波过程中尽可能保留主瓣信息,并且完全消除旁瓣.仿真得到了拓扑荷数等...     

基于高速转镜的高分辨率干涉光谱仪非线性理论研究

介绍一种基于高速转镜的高分辨率光谱仪的原理,讨论了光程差的非线性与转镜转角θ、折射率n的关系,给出光程差的一般公式,并讨论了一般空间光线的光程差,及系统非线性变化规律.计算得到了使非线性最小的理想的材料折射率值,并通过计算机仿真,进行了验证.     

产生纳米级暗中空光束的方法研究

用时域有限差分法，给出光纤头近场区电场强度模的空间分布.讨论了当光纤纤芯分别取不同尺寸时，对此空间光场强度的影响.要想得到较大范围的暗中空光束，必须增加光纤纤芯尺寸.并且，对光纤纤芯尺寸取一较大值和光纤中空区域尺寸取一较小值时的情况进行讨论，可得在光纤头附近可以出现与光纤中空区域尺寸大小相当的暗斑(10¹ nm量级).但是，暗中空光束中背景光较强.为此，将光纤的空心设计为金属. 发现此时中心暗斑的背景光明显减弱，在近场区域可获得较为理想的暗中空光束.如进一步缩小光纤中空区域尺寸，可以在光纤头附近获得暗斑更小甚至纳米量级的暗中空光束.为获得一种纳米量级的暗中空光束提供一种方法.     

压电式倾斜镜迟滞特性及其实验研究

空间激光通信精瞄系统中压电式倾斜镜存在的迟滞非线性特性,不仅降低了精瞄系统定位精度,而且对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响。针对该问题,提出一种基于PLAY迟滞算子改进Prandtl-Ishlinskii(P-I)数学模型及参数辨识方法,利用该模型对迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。为进一步提高系统跟踪精度,在线性化的基础上,设计了静态输出反馈控制器,形成复合控制方法,并设计了激光通信终端精瞄系统实验,验证了该复合方法的有效性。通过对系统输入不同频率等幅和减幅正弦控制信号进行测试,结果表明,改进P-I模型最大拟合误差在1%之内,前馈模型逆补偿使压电陶瓷执行器(PEA)的线性度误差由5%减小到1%以内,复合控制方法系统跟踪误差降低了80%。     

机械转镜隔离器的光束位置复原特性研究

本文给出了运动光束位置复原的分析方法,对用于高功率激光核聚变实验装置的高速机械转镜隔离器的光束复原特性作了详细的讨论,并得到了光束复原应满足的条件.