激光技术用望远装置和色散棱镜装置

概括地介绍了被运用于激光技术的玻璃棱镜的特性，这些玻璃棱镜用来构建望远镜和补偿光学辐射的群速色散装置。     

同轴单棱镜整形研究

半导体激光器广泛地应用在国防、商业、工业等领域,对其光学准直是一项重要的工作。介绍一种新的半导体激光整形系统——同轴单棱镜整形系统,详细地叙述了单棱镜的设计原理。与其它整形系统比较,该棱镜具有设计、加工和装调简单等优点,最大的优点还能保证光束同轴。最后以一个θ⊥×θ∥=25°×11°半导体激光器为例子,设计一个2.5×单棱镜同轴整形系统,通过软件模拟计算与实际计算结果比较,结果基本相符,证明了设计方法的正确性。     

分光棱镜的分光性能测试研究

分光棱镜在光学系统中广泛应用 ,主要研讨分光棱镜的分光特性 (透射率与反射率 ) ,重点分析了棱镜在光学系统中转动时的分光特性变化。采用半导体激光器作为光源 ,用照度计作为测试表 ,对较多分光棱镜零件进行了测试 ,对测试数据进行了计算和分析 ,指出了分光棱镜设计、制造和测试应注意的问题     

熔融石英高效精密磨削技术的研究

熔融石英具有结构强度高,抗热振阻力功能强的优点,很适合用作天线罩材料。但其硬度高,（仅次于金刚石）、脆性大,很难进行精密加工。本文介绍了运用电镀金刚石磨轮于磨削技术,实现对熔融石英高效精密加工的磨削工艺。     

磁流变抛光对熔石英激光损伤特性的影响

为进一步提升熔石英元件的激光损伤阈值,研究了氢氟酸(HF)动态酸刻蚀条件下磁流变抛光工艺对熔石英元件激光损伤特性的影响规律。首先,采用不同工艺制备熔石英元件,测量它们的表面粗糙度。然后,采用飞行时间-二次离子质谱法(OF-SIMS)检测磁流变加工前后熔石英元件中金属杂质元素的含量和深度;采用1-on-1方法测试激光损伤阈值,观测损伤形貌,并对损伤坑的形态进行统计。最后,分析了磁流变抛光工艺提升熔石英损伤阈值的原因。与未经磁流变处理的熔石英元件进行了对比,结果显示:磁流变抛光使熔石英元件的零概率激光损伤阈值提升了23.3%,金属杂质元素含量也显著降低,尤其是对熔石英激光损伤特性有重要影响的Ce元素被完全消除。得到的结果表明,磁流变抛光工艺能够被用作HF酸动态酸刻蚀的前道处理工艺。     

激光通信旋转双棱镜系统误差对指向精度的影响

分析了旋转双棱镜系统存在的误差源,根据误差源,采用光线矢量传播方法建立了光束指向模型,基于光束指向模型求旋转双棱镜系统出射光束指向偏差对系统误差的偏导数;在指向区域中,根据各个误差的测量精度分析误差对指向精度的影响.仿真计算结果表明,理论指向偏差最大值为0.3620°,理论指向偏差均方根为0.0470°;桌面实验结果表...     

微型石英晶体谐振器电极激光加工温度场仿真分析

以石英晶体谐振器电极银层的激光刻蚀调频加工过程为研究对象,综合考虑了被加工材料的热物理参数和相应边界条件,利用ANSYS有限元软件仿真模拟了脉冲激光刻蚀加工过程中谐振器电极银层温度场分布情况,分析了不同激光加工工艺参数对材料温度的影响.分析结果表明,温度随与热源中心距离增加而减小,温度场呈近似椭圆形扩散,最高温度随激光...     

猝发理论在激光切割质量分析中的探讨

介绍了粘性流动力学的猝发理论，结合具体石英材料加工，从理论上分析了激光切割过程中熔化层从层流到紊流的过渡过程，并通过正交试验，探讨了熔化层形成过程对熔融石英工件最终加工表面质量的影响，结果表明，加工质量与熔化层形成过程有着直接的关系。     

全反射棱镜式激光陀螺温度误差标定及参数辨识方法研究

全反射棱镜式激光陀螺的光路与传统镀膜反射式激光陀螺的光路不同,有较长的光路在棱镜中通过,温度的变化是影响其输出精度的一个重要因素。研究了变化的物理场下,温度、温度变化率和温度梯度对激光陀螺的影响机理,推导了温度变化条件下激光陀螺的零偏二阶模型,刻度系数的三阶模型,设计了激光陀螺的温度误差标定方案,并进行了试验。采用逐步回归分析法和BP神经网络两种方法对温度误差模型参数进行了辨识,通过温度误差补偿结果证明了两种方法的有效性。     

湿法化学刻蚀技术处理抛光熔石英元件

为了提高熔石英元件的抗激光损伤能力,采用基于氢氟酸刻蚀的湿法化学技术去除元件内的激光损伤诱因。利用不同的氢氟酸溶液处理经氧化铈抛光的熔石英元件,并对元件的刻蚀速率、表面洁净度、粗糙度、透过率和激光损伤性能进行评价。研究结果表明,与传统的静态刻蚀相比,在质量分数为6%的氢氟酸刻蚀溶液中引入能量密度约为0.6 W/cm^2的兆声能量对元件的溶解速率和激光损伤性能没有明显的提升作用;化学刻蚀产生的沉积物对元件表面粗糙度和透过率均有不利影响,且沉积物比例与所用的刻蚀液成分和浓度密切相关;经质量分数6%或12%的纯氢氟酸溶液刻蚀(5±1)μm深度后,熔石英元件的激光损伤阈值相比于未刻蚀元件提升了约1.9倍;熔石英元件的激光损伤性能与表面粗糙度和透过率之间不是简单的线性关系,但激光损伤阈值较理想的元件(>20 J/cm^2@3ns)往往具有较光滑的表面,即表面粗糙度<2 nm,由此可以确定有利于熔石英元件激光损伤性能的刻蚀条件,并获得元件表面粗糙度的控制指标。     

石英玻璃的热辅助高效塑性域干磨削

为了提高大口径石英玻璃光学元件的加工效率,提出了热辅助塑性域超精密磨削石英玻璃的新方法。分析了石英玻璃的热辅助塑性域磨削机理,通过理论推导得出磨削深度对磨削区表面最高温升的影响规律。采用陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮对石英玻璃进行干磨削,利用磨削热改善磨削区石英玻璃的力学性能,实现了石英玻璃的高效塑性域磨削。通过磨削实验研究了不同磨削深度对石英玻璃表面粗糙度(Ra)和亚表面损伤深度的影响。实验结果表明,随着磨削深度的增加,Ra和亚表面损伤深度反而降低。当磨削深度为5μm,大于粗磨表面的裂纹深度时,获得了Ra值为0.07μm的光滑无裂纹的塑性域磨削表面。通过扫描电镜观察研究了砂轮的磨损机理,结果显示陶瓷结合剂CBN砂轮塑性域干磨削石英玻璃时,砂轮以磨耗磨损为主,该结果为研究新型的陶瓷结合剂CBN砂轮提供了依据。     

光学元件改性处理对激光损伤阈值的影响

针对355nm激光作用于熔石英光学元件后其损伤阈值容易变差的问题,提出使用1.7%纯HF溶液和0.4%HF与1.2%NH4F混合的BOE溶液对样品进行处理来提高它们的激光诱导损伤阈值(LIDT)。在相同的条件下将熔石英光学元件浸没到上述两种不同的刻蚀溶液中进行处理,通过测量刻蚀过程中元件重量变化来计算刻蚀速率,利用Zygo轮廓仪测试元件表面粗糙度,然后对355nm激光照射下熔石英元件的损伤阈值情况进行研究。损伤测试表明,LIDT与元件的材料去除深度有关系,用两种刻蚀液刻蚀去除一定深度后,LIDT均有增加,但是进一步去除会显著地降低元件的LIDT。在处理过程中,这两种刻蚀液的去除速率都很稳定,分别为85.9nm/min和58.6nm/min左右。另外,元件表面的粗糙度会随着刻蚀时间的增加而变大。在刻蚀过程中还通过纳米技术测量了熔石英元件表面的硬度及杨氏系数,不过没有证据表明其与激光诱导损伤有明确的关系。     

On-machine precision preparation and dressing of ball-headed diamond wheel for the grinding of fused silica

In the grinding of high quality fused silica parts with complex surface or structure using ball-headed metal bonded diamond wheel with small diameter,the existing dressing methods are not suitable to dress the ball-headed diamond wheel precisely due to that they are either on-line in process dressing which may causes collision problem or without consideration for the effects of the tool setting error and electrode wear.An on-machine precision preparation and dressing method is proposed for ball-headed diamond wheel based on electrical discharge machining.By using this method the cylindrical diamond wheel with small diameter is manufactured to hemispherical-headed form.The obtained ball-headed diamond wheel is dressed after several grinding passes to recover geometrical accuracy and sharpness which is lost due to the wheel wear.A tool setting method based on high precision optical system is presented to reduce the wheel center setting error and dimension error.The effect of electrode tool wear is investigated by electrical dressing experiments,and the electrode tool wear compensation model is established based on the experimental results which show that the value of wear ratio coefficient K’ tends to be constant with the increasing of the feed length of electrode and the mean value of K’ is 0.156.Grinding experiments of fused silica are carried out on a test bench to evaluate the performance of the preparation and dressing method.The experimental results show that the surface roughness of the finished workpiece is 0.03 μm.The effect of the grinding parameter and dressing frequency on the surface roughness is investigated based on the measurement results of the surface roughness.This research provides an on-machine preparation and dressing method for ball-headed metal bonded diamond wheel used in the grinding of fused silica,which provides a solution to the tool setting method and the effect of electrode tool wear.     

使用长脉冲高能激光对石英玻璃打孔

为了实现玻璃上的高效快速打孔,研究了使用长脉冲激光在石英玻璃上打孔的方法.通过在玻璃表面镀制ZrO2,解决了石英玻璃对1 064 nm激光吸收弱的问题.使用脉宽为1 ms,波长为1 064 nm的Nd:YAG激光在石英玻璃上打出了深为1.55 mm的锥形孔.研究了激光打孔的能效比,结果显示,当激光的能量密度为6.8 k...     

高性能光学合成石英玻璃的制备和应用

介绍了制备光学合成石英玻璃的常用工艺方法,包括化学气相沉积、等离子化学气相沉积和间接合成法等;给出了不同光学石英玻璃使用的原材料、它们的特点及其在不同领域的应用综述了该项技术在国内外的发展现状。比较了上述制备方法的优缺点,其中立式化学气相沉积工艺是目前最成熟的商业化工艺,可用于制备直径达Φ600mm以上、光学均匀性优于2×10~(-6)、抗激光损伤阈值达30J/cm2@355nm的大尺寸合成石英玻璃;等离子化学气相沉积工艺可制备内在质量优异、羟基含量≤5×10~(-6)、光谱透过率T190-4000nm≥80%的全光谱透过石英玻璃;间接合成法可制备光吸收系数小于1×10~(-6)/cm@1064nm、羟基含量≤1×10~(-6)、光谱透过率T157-4000nm≥80%的石英玻璃,而且易于掺杂及控制缺陷,进而制备各类掺杂特殊功能的石英玻璃。文章最后指出:上述制备工艺各有优缺点,应根据高端光电技术领域的应用需求采取适当的制备工艺。     

激光扫描共聚焦光谱系统设计

为提高激光扫描共聚焦显微镜光谱模块的分光性能,设计了双Amici棱镜光谱结构.根据棱镜色散特性,计算得到Amici棱镜和双Amici棱镜的线性与非线性数学模型,给出直视型棱镜结构参数.比较相同色散条件下Amici和双Amici棱镜结构,得到双Amici棱镜组能提供更好的色散线性度.在光谱波段400～700 nm,中心波...     

复合型透射式脉冲压缩光栅的设计与制作

提出了一种用于飞秒钛宝石激光器的复合型透射式脉冲压缩光栅。该光栅由1 250line/mm和3 300line/mm两种光栅集成在一个熔石英基底上制成,其工作中心波长为800nm,工作波段为700~900nm。1 250line/mm光栅用于脉冲压缩;3 300line/mm光栅的运用则有益于减少透射光栅的反射损失,同时由于采用高频光栅结构代替了传统增透膜,可有效减少光栅基底的波前形变。该复合光栅完全由熔石英材料构成,故具有很高的损伤阈值。利用严格耦合波理论对该复合型透射光栅的微结构进行了优化设计,结果表明:1 250line/mm光栅在中心波长800nm处的-1级衍射效率可达98%;3 300line/mm增透光栅的透过率在700~900nm波段可以达到99.7%以上。最后,应用全息记录技术和离子刻蚀技术实际制备了Φ65mm×1mm的复合式透射脉冲压缩光栅,实测衍射效率与理论设计相符。