KDP晶体真空吸附方式对加工面形精度的影响

建立KDP晶体与真空吸盘间有限元接触模型,并利用该模型分析吸气孔和吸气槽真空吸盘对KDP晶体面形精度的影响,分析了不同直径的吸气孔真空吸盘对KDP晶体变形的影响.结果表明:增大真空吸盘的占空比,可以减小完全吸附所需的真空度.吸气孔的直径越小,表面的变形越小.研究还发现,采用吸气孔吸附方式比采用吸气槽吸附方式可以得到更理想的面形质量.该结论对提高KDP晶体面形精度有着重要指导意义.利用超精密机床采用真空孔吸附方式加工KDP晶体,加工出面形精度为1/2λ的表面.     

复杂曲面光学元件高精度面形检测技术概述

复杂曲面光学元件应用于光学系统中可以增大系统设计自由度,同时减少系统所需元件数量,有利于实现光学系统的紧凑化、轻量化,被誉为现代光学系统的变革性元件,被广泛应用于空间光学、光刻系统、汽车照明等领域,极大推动了航天、国防及高科技民用事业的发展。然而,复杂曲面光学元件对面形精度要求较高,如何对其面形进行高精度检测从而指导加工成为限制该类元件大范围应用的瓶颈。文章对10余种常用的复杂曲面光学元件面形检测方法进行了分类梳理,按照是否采用干涉原理,将检测方法分为非干涉检测法和干涉检测法两大类,分别介绍了各种检测方法的原理和适用范围,回顾了各方法的发展历程,着重分析了几种典型方法进行面形检测的特点,并对未来复杂曲面光学元件高精度面形检测技术的发展趋势加以展望。     

波像差法构建非球面干涉检测的误差分离模型

非球面元件光学干涉检测中,获得客观、准确的面形信息是实现元件快速、确定性制造的关键因素之一。为了实现大口径光学离轴非球面反射镜的高精度检测,对其干涉检测结果中的误差信息表现形式进行了分析研究,提出了一种基于将离轴非球面反射镜检测工装视为具有5维自由度空间刚体设想的误差分离矩阵,并从波像差理论出发,寻求出调整误差作用分量的分立表现形式及影响参数,建立了计算机辅助检测大口径光学离轴非球面反射镜的基本模型。仿真分析结果证实了这种方法的可行性。     

全息校正望远镜主镜像差实验系统的设计

在研究全息技术校正望远镜主镜像差原理的基础上，设计了全息校正望远镜主镜像差的实验系统，确立了系统像差校正结果的评价方法。分析表明：利用激光全息技术能有效的补偿和校正大口径反射镜的大面形误差和系统像差。     

视觉测量中基于距离相对约束的优化算法

提出了一种新的基于距离相对约束的优化算法,该算法通过附加视场边缘距离约束条件较好地实现了对透镜畸变的纠正,提高了空间面形测量的精度.利用视场边缘相对控制点间空间距离固定以及像点坐标值残余误差平方和最小构建新的目标函数,并计算相应的法方程,经过数次迭代后可获得测量系统的方位参数和测量点的空间坐标,完成空间物体3D面形测量.对距离控制场的测量实验证明,该算法特别适用于大尺寸面形的测量,在3 m×4 m×1 m的测量视场内,根据该算法建立的视觉测量系统其最大测量偏差小于0.5mm,可满足大尺寸面形的测量要求.     

大口径光学元件微纳加工与检测技术研究与应用

超精密金刚石砂轮磨削是大口径先进光学元件微纳加工的主要技术,是实现确定性批量加工的重要保证.以实现高精度、高效率、高自动化程度加工为目的,阐述了大口径光学元件微纳加工与检测的加工技术系统,详细分析高精度加工设备及工艺控制、大尺寸检测、加工环境监控、快速抛光、表面织构化等研究应用情况.     

脉冲CO2激光高精度烧蚀熔石英玻璃

激光抛光是一种能获得超光滑表面新颖的光学元件加工方法,但抛光后表面存在残余波纹和面形畸变.激光高精度烧蚀可用于对元件表面残余波纹和面形进行修正,是一种极具潜力的修形技术.本文开展了激光高精度烧蚀熔石英玻璃的实验,验证了脉冲CO2激光通过控制重叠率可以实现高精度的局部区域均匀烧蚀,并可通过控制激光功率密度获得不同纳米量级的烧蚀深度.但实验发现激光局部区域烧蚀过程存在热累积和过烧蚀的现象.为此建立三维数值模型模拟脉冲CO2激光扫描熔石英表面的过程,对不同重叠率及不同脉冲重复频率作用下熔石英表面温度分布及演变进行分析.数值计算结果表明,重叠率过高将导致熔石英过烧蚀;在合适的重叠率下,高脉冲重复频率会导致明显的热累积.     

大口径光学元件热稳定性初步分析

通过分析影响高功率固体激光装置中大口径光学元件稳定性的热激励源及其作用过程，指出日照瞬态温度、室内HAVC（Air Conditioning）系统以及局域瞬态热源是影响光学元件稳定性的主要因素；给出了大口径光学元件热影响的数学描述，并应用分析软件进行了初步计算．分析结果表明，热激励对光学镜片的影响不是靠简单的热载荷的单一作用过程，而是通过流动和传热的相互耦合，以及中间过程的转换，最终对光学镜片产生作用．因此，控制室内暖通空调系统的波动范围、减小镜箱内部温度变化、选用受热变形均匀和抗温度变形的镜片材料、减小温度引起的镜架热膨胀等是减小热激励影响的有效措施．     

高性能倍半氧化物激光晶体生长及制造工艺与装备

发展高端激光制造技术与装备可促进我国传统制造业转型升级。由天津大学牵头的国家重点研发项目"高性能倍半氧化物激光晶体生长及制造工艺与装备"针对性能优良的大尺寸、高熔点倍半氧化物晶体生长工艺与集成装备,及硬脆激光晶体的高效低损伤超精密磨削、抛光工艺与装备等研发难题,开展晶体生长、加工工艺和装备的重大共性关键技术研究。项目预期发展具有自主知识产权、国际先进水平的大尺寸、高熔点倍半氧化物晶体的生长工艺及装备、加工工艺及装备。研制出的高精度大径厚比倍半氧化物激光晶体元件为高功率先进激光器提供核心元件,将会在增材制造、激光制造、信息产业等国家需求的重点领域开拓战略性的新兴产业。     

影响非球面面形精度的因素分析

根据国内外非球面零件加工难的现状,其根本原因在于多数非球面光学零件很难找到可作为加工依据的准确轨迹,同时也很难找到使轨迹在加工过程中精确转移的方法.而且在加工中,保证面形精度也是最难的问题.本论文主要就非球面面形精度进行探讨.根据等距线公式建立了数学模型,得出保证加工精度时对截取参数选择的方法.     

紫外元件损伤动力学实验研究

对于大型强激光装置的光学系统,尤其是终端光学组件(FOA),其紫外激光损伤问题始终是制约负载能力提升的关键问题,该过程基于激光与物质相互作用及而后发生的材料效应,涉及元件材料的制备与生长、加工、环境、修复和工作参数等多种因素.为此,在长期的研究中,我们总结并定义了紫外元件损伤动力学概念和研究体系.本文着重介绍利用同步辐射及其他核技术方法开展实验研究的结果,对于熔石英元件,利用同步辐射μ-CT技术获得了损伤图像,结合同步辐射XRD确定了损伤过程和结构,解释了相应的材料效应;结合拉曼光谱,利用光热显微技术研究了损伤内部结构和发展过程,定义了激光损伤可视面积(LDAVR)的含义.利用同步辐射XRF及正电子湮灭技术对其光学加工制造影响负载能力的因素进行了物理分析;对于KDP晶体,利用同步辐射XRF-XRD的单独或联合测试,对退役元件和实验样件进行了对比研究,分析了不同运行功率下的激光损伤过程,明确了损伤坑的构成和定义,获得了损伤图像.值得指出:依据上述研究结果,针对工程上的问题,本文提出了解决或改善的方法和途径及其应用.     

直接产生可见光的激光器研究进展

可见光激光在显示、通讯、生物医学、光学传感、光谱学、高端制造等领域具有重大应用需求.目前,可见光激光大多通过近红外激光的非线性频率转换(倍频、和频)获得,存在系统复杂、转换效率较低、光束质量较差、成本较高等问题.随着精密加工制造及先进应用的快速发展,对性能优、效率高、稳定性好、结构紧凑的可见光激光器的需求日益迫切.本文主要介绍厦门大学电子工程系光电子技术研究所利用直接产生可见光激光技术(与非线性频率转换不同),获得高功率/短脉冲可见光固体激光器和光纤激光器的研究进展:1)首次将被动锁模激光器推向可见光波段;2)直接产生可见光的激光器功率达瓦级;3)利用各种稀土(Pr~(3+)、Ho~(3+)、Dy~(3+))掺杂光纤或晶体,研发了绿/黄/橙/红等新波长可见光激光器;4)开展可见光激光光场调控研究,实现可见光涡旋激光的直接产生.最后分析了可见光激光研究的发展方向与面临的问题.     

高精密光学元件磨床的加工与检测系统的开发

高精密平面磨床是加工光学非球面元件的一种重要途径.出于通用性和效率的考虑,开发一套面向光学非球面元件的高精密平面磨床的加工与检测系统,以此来实现光学非球面元件的精密加工.以自行开发研制的四轴数控高精密平面磨床为研究基础,采用模块化设计,选用Delphi 7为开发语言,运用Delphi 7和Matlab混合编程技术,搭建了加工与测量系统,实现了光学非球面元件的磨削加工、面形测量、磨削补偿以及环境检测等.实验结果表明,该系统可以满足光学元件的精密加工及检测,并具有较高的工作效率.     

磁流变抛光光学非球面元件表面误差的评价

正确评价抛光后光学非球面元件表面面形的波前畸变是确保实现光学非球面元件超精密制造的关键。该文提出了结合功率谱密度法和残余误差法并考虑非球面元件表面中频误差的综合评价方法。将提出的综合评价标准应用到磁流变数控抛光过程中,进一步明确了表面残余误差与抛光工艺参数之间的关系,建立了有效消除表面残余误差的抛光工艺规范。按照这一工艺规范制造出一块抛物面光学反射镜,其面形精度达到λ/30(λ=0.6328μm),残余误差为3λ/1000。该方法可为深入开展高精度磁流变抛光技术研究提供参考。     

激光参量振荡器的一种新型设计与应用

介绍一种波长可调谐的激光器—激光参量振荡器（简称ＯＰＯ）的新型设计．该设计不需要采用任何镀膜光学元件,很大程度上避免了高功率强激光对光学元件镀膜层的损伤,提高了ＯＰＯ输出功率和波长转换效率．该设计简便实用,输出波长可以覆盖从紫外（０．４１μｍ）至红外（２．５μｍ）的连续区域,峰值功率输出达到ＭＷ以上量级．     

影响非球面面形精度的因素分析

根据国内外非球面零件加工难的现状,其根本原因在于多数非球面光学零件很难找到可作为加工依据的准确轨迹,同时也很难找到使轨迹在加工过程中精确转移的方法。而且在加工中,保证面形精度也是最难的问题。本论文主要就非球面面形精度进行探讨。根据等距线公式建立了数学模型,得出保证加工精度时对截取参数选择的方法。     

典型光学加工中边缘效应仿真分析

为分析光学加工中边缘效应对元件最终面形精度的影响,建立了数控小磨头行星式抛光去除函数模型和射流式工具加工的去除函数模型.通过对抛光过程中磨料载体的微观状态的研究,探讨并仿真了两种抛光方式在不同区域抛光速度分布、抛光压力分布和抛光中Preston系数的变化.通过对比分析这些参数的变化对材料去除影响,表明光学加工过程中磨料载体中分子间的作用力对边缘效应产生的影响不可忽略.     

基于平均压强一致性原则的大尺寸气囊工具头优化设计

根据超大口径光学元件的加工需求,设计一种适应1～2m口径光学元件抛光的气囊工具头.建立了气囊工具头受载的有限元仿真模型,并以常用的球冠半径为80 m m的气囊工具头的静态加载实验验证了仿真模型的可靠性.基于平均压强一致性原则和仿真模型设计了球冠半径为320 m m的大尺寸气囊工具头,优化设计得到球冠内外橡胶层厚度分别为...     

超短超强激光技术述要

以超短超强激光技术发展为背景,分析了从种子脉冲直接放大到啁啾脉冲放大再到光参量啁啾脉冲放大的突破过程及未来趋势。论证了种子脉冲在展宽器、放大介质、压缩器中传输后的进化过程,分步傅里叶方法通常用于该理论的数值仿真中。同时指出高损伤阈值、宽增益带宽、大口径光学元件在未来的激光装置中仍然非常重要。最后总结了激光到靶前信噪比的提升技术及其在不同实验装置上的验证,信噪比会一直随着高功率激光的发展而提升。     

小口径非球面光学模具斜轴磨削加工试验研究

小口径非球面光学模具采用超精密斜轴磨削加工避免传统直交磨削法中砂轮轴与工件发生干涉的问题.选用碳化钨和不锈钢材料作为工件,采用斜轴磨削法,对小口径非球面光学模具磨削加工进行试验研究.结果表明:碳化钨模具获得的表面粗糙度和面形精度分别为R_a1 nm和PV 182 nm,不锈钢模具获得的表面粗糙度和面形精度分别为R_a4 nm和PV 304 nm,说明碳化钨模具的磨削效果明显优于不锈钢模具,且磨削后表面质量随工件转速、砂轮转速及砂轮粒度增加而变好,随磨削深度及进给深度增加而变差.