宽谱段消像散Czerny-Turner光谱仪光学系统设计

针对光谱仪小型化、高分辨率的发展趋势,设计了一种结构简单、宽谱段、消像散的小型光谱仪。具体分析了折叠光路Czerny-Turner光谱仪各种像差的原理和校正方法。推导了柱透镜宽谱段消像散的理论方程。作为实例,设计了一款谱段为300～900nm、物方数值孔径0.08的小型光谱仪。该光谱仪采用折叠光路结构以减小尺寸,添加柱透镜以消除整个谱段的像散。结果表明:该光谱仪结构简单紧凑,体积小,实现了宽谱段的消像散,全谱段光谱分辨率优于0.5nm。     

平焦场光栅的成像特性

给出了变栅距四面光栅的光程函数和综合像差的普遍表达式，在此基础上针对我们采用的ＨＩＴＡＣＨＩ变栅距平焦场四面光栅的实际参数，详细研究了它的成像性质，同时还给出了使用该光栅的平焦场光栅谱仪工作在像散和消像散两种模式下的典型实验结果。     

紧凑型消像散长狭缝光谱仪光学系统

为提高高光谱遥感仪器的幅宽和减小其体积,重点研究适用于宽幅高光谱遥感应用的长狭缝、紧凑型Wynne-Offner光谱仪。通过追迹主光线,导出像散表达式,分析Offner装架和Wynne-Offner光装架的像散特性。指出Wynne-Offner装架的消像散圆域大于Offner装架的消像散圆环域,前者更适用于长狭缝。给出两个光谱仪实例,狭缝长度均为70 mm,分别工作于0.5~1.0 μm和1.0~2.5 μm波长范围,成像质量接近于衍射极限,光谱畸变可忽略,具备狭缝长、结构紧凑、像质优的特点,适用于宽幅高光谱遥感应用。     

非平行光束光栅照明C-T成像光谱仪消像散研究与设计

切尔尼-特纳(Czerny-Turner, C-T)光谱仪是光栅光谱仪中常用的光谱仪器。其结构紧凑, 无非球面镜, 常被用于单色仪和光谱辐射计中。对于成像光谱仪, 像散是影响其空间分辨和光能利用的主要像差。就非平行光束光栅照明像散校正方法进行了理论分析和实验验证, 提出会聚和发散光栅照明C-T成像光谱仪都可以进行像散校正, 其根本取决于光栅入射角和衍射的余弦平方比大于或小于1, 大于1对应发散照明消像散, 小于1则对应会聚照明消像散。     

JEM-2000EX电镜消像散电路的故障分析与检修

故障现象电镜在正常工作中,图像像散突然增大,更换物镜光阑孔图像像散无变化;按下控制面板上的OBJSTIG1键或者OBJSTIG2键,调节DEFX、Y图像像散也不能被消除。且计算机CRT上显示物镜消像散线圈电压值变化范围始终处于正值;电镜自检,CRT上显示“DEFPBERROR”。线路分析JEM-2000EX电子显微镜消像散电路大致可分为输入电路、控制板接口电路、计算机控制电路、计算机接口电路、数据锁存及D/A转换电路、比较自检电路、消像散控制电路、消像散驱动电路和消像散线圈等所组成。其线圈电流的变化是通过调节面板上的DEFX、Y来控制的…     

大功率半导体激光器二元光学消像散准直器件设计

半导体激光器发出的光束具有较大的发散角且存在像散,严重影响了其应用。基于对半导体激光器远场分布的准确了解，提出了一种二元光学消像散准直器件的设计方法，并给出了详细的设计原理及过程。依据已知光束等相位面的具体分布（光束的像散因子也包含在其中），可得到二元光学器件的相位分布，使光束经过此二元光学器件后，等相位面成为平面，达到了准直、消像散的目的。此方法简单、直观，具有很高的准确性和可行性。所得二元光学器件表面具有多位相的浮雕结构。     

动态消像散的闭环控制

笔者首次利用计算机控制,使动态电磁消像散形成一闭环系统。避开输出的饱和区和截止区,使八极消象散线圈有良好的控制像散作用     

半导体激光器的二元光学消像散准直器件

基于衍射理论，为半导体激光器设计并研制了一种二元光学消像散准直器件。器件表面是具有多位相的浮结构，可以在ｘ、ｙ方向产生不同的焦距，并校正４０－５９μｍ的像散。     

JEM—1200EX透射电镜的偏转、消像散电路分析及故障检查方法

本文对JEM—1200EX电镜的偏转、消像散系统的数模变换、功放、取样、反馈、测量及故障检查方法进行了分析及讨论。偏转、消像散的范围已存储在计算机的只读存储器中(ROM),该数据按地址总线规定的地址将数据经数据总线通过接口ITF进入偏转、消像散的数模转换单元(O/A)。数模转换单元采用了8到12位码的扩展的方法,而D/A转换采用双极性输出,从而保证了偏转,消像散调节范围和精度。图3中的反馈电阻R_138,有两个作用,一稳定功率放大级的工作,二是反馈给计算机,经模数转换(A/D)使CRT显示偏转、消像散线圈的工作时的电压数值。4.测试偏转单元1的TP10、TP11两点,测量电压值,如电压值不对,请检查、电源单元的晶体管、电阻。     

类锂硅离子的软X射线放大

本文描述了最近进行的复合泵浦类锂硅离子软X射线激光增益实验结果。利用1m消像散掠入射光栅谱仪拍摄了平面硅靶线聚焦激光等离子体在5～12nm波长范围里的光谱。利用线聚焦激光等离子体轴向和非轴向光谱的时间积分强度比求得Si~(11+)5f-3d(8.89nm)和5d-3p(8.73nm)跃迁的增益系数分别为1.4和0.9cm~(-1);用轴向强度随线聚焦激光等离子体长度的变化得到离靶面300μm处的增益系数分别为1.5和1.4cm~(-1)。     

光学系统主镜组件的轻量化设计及结构-热分析

根据某型卡塞格林系统主反射镜组件的设计要求,在遵循主镜支撑结构材料的线膨胀系数与主镜材料相匹配原则的基础上,采用有限元分析和参数优化设计相结合的方法,设计和分析了3套主镜组件方案.结果表明,在结构参数相同情况下,SiC主镜的静态、动态性能优于熔石英和K9主镜.对SiC主镜进行轻量化参数优化后,得到了直径为256 mm、质量仅为1.22 kg的镜体.通过对3种方案主镜组件的结构-热分析表明,主镜及其支撑结构均采用SiC材料的第3种主镜组件方案,消除了材料间的热膨胀错配,主镜面的变形误差完全满足设计要求,综合性能优于其它两种方案.     

空间引力波望远镜主反射镜系统的结构设计优化

针对空间引力波望远镜主反射镜系统的结构及支撑组件进行了设计与优化。主反射镜运用了侧面3点支撑对镜体进行约束,并对支撑点的选取与布局进行了研究。反射镜采用能够实现较大弯曲刚度的背部钻孔式半封闭构型,通过有限元计算结合多目标遗传算法对反射镜轻量化结构进行了参数优化,在不降低面形精度的条件下使镜体结构轻量化率达到74%。设计了一种由两个无阻隔串联式柔度单元组合而成的可调节双轴连杆型Bipod柔性铰链结构,其可对反射镜面形误差进行补偿。建立了柔性铰链并联机构作用于反射镜的数学模型,对其进行了基于MATLAB的参数取值分析,并通过有限元方法完成了对参数取值的修正。最后进行了空间热载荷条件下的反射镜面形分析,结果表明反射镜面形误差优于λ/60,满足设计要求。     

中心支撑长条形反射镜轻型优化设计

针对轻小卫星相机质量更轻、性能更好的设计要求,对空间某中等口径的长条形反射镜提出一种基于中心支撑形式的轻型优化设计方法。选用背部中心单点支撑形式,不仅从整体上减小了反射镜及其组件的质量,而且大大简化了支撑结构的设计。采用多目标集成优化的方法,提高了反射镜在Z向重力工况下的面形精度。设计了适用于中心支撑的柔性支撑结构,克服了中心支撑刚度低、动态可靠性差的缺点。仿真分析了反射镜及其组件的综合性能,并与背部三点支撑形式进行了比较。结果表明,中心支撑的反射镜质量更轻（3.36 kg）,与实体反射镜相比,轻量化率达到了87%,组件质量也较三点支撑减小了24%;在X、Y、Z三轴方向1 g重力工况下的面形精度RMS值分别达到2.2、2.1、7.5 nm,优于三点支撑形式;4℃均匀温升载荷工况下的面形精度RMS值为2.8 nm,远小于设计要求的RMS 12 nm;反射镜组件的一阶固有频率为135 Hz,重力作用下镜面的最大刚体位移为3.96 m。该设计在极大地减小了反射镜及其组件质量的同时,保证了反射镜的面形精度和组件的动、静态刚度,满足设计要求,为同类型空间反射镜的轻型优化设计提供了一种新思路。     

高功率脉冲激光器抗失调谐振腔的研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光器特别是高功率脉冲激光器的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,采用直角内外圆锥面组合反射镜作为全反镜,平行平面镜作为输出镜组成新型激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了新型激光谐振腔的单脉冲输出能量和直角内外圆锥面组合反射镜失调角的关系以及新型腔激光器在全反镜失调时输出光斑的改变,并和平凹稳定腔脉冲CO2激光器进行了比较。实验结果表明,若两种激光器的全反镜失调角相同,组合锥面全反镜谐振腔激光器的单脉冲输出能量降低的程度不到平凹腔激光器的50%。在组合锥面全反镜失调角达到6′时,新型激光谐振腔激光器输出光斑形状没有明显变化。新型激光谐振腔的抗失调稳定性远超过平凹稳定腔。     

激光中继镜传输的等效菲涅耳数分析

中继镜系统被认为是一种能有效降低大气对激光影响并提升激光打击范围的新型高能激光系统。激光中继镜传输优势评判标准以及应用优势范围分析是中继镜技术研究的重要内容。文章建立了中继镜系统光束传输模型,详细推导了真空和湍流条件下激光中继镜传输过程的等效菲涅耳数,分析了光束中继镜传输过程的性能评价因子以及光束传输性能与等效菲涅耳数的关系,在此基础上分析了激光中继镜传输应用优势范围的求解方法,并对Hufnagel-Valley 5/7湍流模型条件下光源波长3.8 m、高度30 km的激光中继镜系统进行了数值模拟。结果显示:地球大气湍流条件下,中继镜系统能提升激光对远距离、高空目标的打击效果,拓展激光的打击范围。     

腔镜倾斜扰动对正支共焦腔输出光束模式的影响

针对激光器出光过程中腔内像差扰动带来的光束质量下降问题,分析了正支共焦腔腔镜倾斜扰动对调腔光模式的影响,采用等效透镜波导法计算了凹、凸腔镜倾斜失调状态下的调腔光模式分布、泽尼克(Zernike)像差系数。同时采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器方法对此进行了实验定量研究,用模式法进行了波前重构。得到了扰动量与泽尼克像差的定量关系。结果表明,凹镜倾斜扰动对腔模的影响大于凸镜,对于大菲涅耳数非稳腔,腔内倾斜扰动量与腔外泽尼克倾斜系数具有良好的线性关系,若对凹、凸腔镜分别施加等量倾斜扰动,带来的腔外泽尼克倾斜系数比率约为光腔放大倍率。且腔模倾斜像差增加的同时还将导致离焦、像散等高阶像差的增大,因此作腔内相位补偿或校正时,应使补偿或校正平面尽可能靠近凹面镜;最后对实际激光束与He-Ne调腔光束的异同作了简要比较。     

相位共轭腔的新问题

本文指出在相位共轭腔中存在如下两个新问题:(1)在由球面镜与相位共轭镜构成的谐振腔中,球面波和高斯光束均是腔的本征模;(2)在由高斯反射率镜与相位共轭镜构成的谐振腔中,球面波和高斯光束均不自洽.     

空间遥感相机大口径反射镜结构优化设计

为满足大口径反射镜在复杂空间环境下对高面形精度和热稳定性的要求,针对某Φ660 mm口径反射镜进行了轻量化研究。提出了一种采用经典理论公式创建反射镜初始结构,结合灵敏度分析和参数优化进行综合设计的方法。首先构建了反射镜参数化模型,采用灵敏度分析研究镜体结构参数对面形变化的影响规律,找到对镜面面形RMS值灵敏度高的结构参数进行优化迭代。相比于传统反射镜结构设计方法,此方法缩小了优化设计空间,节约了计算成本与时间,能够在设计空间内全局寻优,较快收敛于最优值。优化后反射镜在自重载荷工况下镜面面形PV值小于λ/10,RMS值小于λ/40(λ=632.8 nm),镜体质量为13.6 kg,轻量化率达78.4%。镜体组件一阶频率为121 Hz,满足反射镜动态刚度要求,根据优化后的结果建立了反射镜的最佳结构模型,并进行了投产制造。     

Mirror antenna dual-band lightweight mirror design

The mirror antenna, sometimes called an inverse Cassegrain antenna, is used in modern radar systems where efficient wide angle scan is required in combination with light weight and small size. Although previous applications have been single band, an additional advantage of the mirror antenna is that it is practical to implement dual-band configurations which can greatly enhance the capability of radar or other radiating systems. The most difficult part of a dual-band mirror antenna design is the90degpolarization rotating mirror (half-wave plate). The challenge is to achieve effective performance at two bands and maintain that performance over a wide range of aspect angle. Basic mirror antenna operation and design and fabrication techniques for a dual-band half-wave plate mirror are described. The solution for design parameters is derived for perfect90degpolarization rotation at a given aspect angle for each of the two bands. The design approach includes a process for optimizing the design for the full desired range of aspect angles. Practical fabrication considerations are discussed along with inclusion of the effects of capacitive susceptance of a protective mirror coating in the design theory. Theoretical performance is compared with measurements of mirror samples.     

基于多视场波前传感的次镜位置误差检测方法

大口径分块式主镜空间对地遥感系统在轨工作时,次镜相对于主镜的位置失调会对系统像质产生影响,需对其进行在轨检测与校正。当分块式主镜无中心基准镜时,无法用传统的灵敏度矩阵反演法计算出次镜失调量。为此,提出了一种基于多视场波前传感信息计算次镜位置失调量的方法,采用ZEMAX软件建立了无中心基准的36分块式主镜空间对地遥感系统。针对该系统像差特点,利用不同视场的场依赖波前像差,建立了次镜失调量检测数学模型,开展了仿真研究,结果表明当波前传感误差为1/40（=632.8 nm）时,次镜位置失调量的检测精度X、Y方向平移约为30 nm,倾斜约为15;失调量检测动态范围X、Y方向平移为0~1.5 mm,倾斜为0~0.03。并通过多组实际仿真,验证了所提方法的可行性。