大偏离量非球面最接近球面的确定方法

能否在元件铣磨成形阶段制造出与要求非球面元件最为接近的球面是确保实现对大口径离轴非球面元件快速制造的关键一步。该文研究在同轴圆形非球面元件最接近球面半径确定方法的基础上,建立了离轴非球面元件坐标系与机床加工坐标系之间的变换矩阵,并以非球面与比较球面之间残余矢高作为评判参量,分别构建了材料去除量为正准则和材料去除余量最小准则的判断方法。最后以一块770mm×220mm的矩形离轴非球面反射镜为实例进行了模拟分析,确定了其最接近球面半径,通过实验发现加工去除余量大大减少,提高了制造效率,缩短了周期。     

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。     

用干涉条纹密度确定非球面检测点光源的最佳位置

在对非球面的干涉检测中,记录干涉图的CCD的选型、光路中光学器件的选择和干涉图的分析计算以及检测系统的精度评价等,都与干涉入射点光源和参考点光源的位置直接相关。为了能够准确地预判非球面检测时入射球面光波和参考球面光波的点光源最佳位置,采用计算和分析在点光源与被测非球面反射光波的干涉条纹密度的方法,确定非球面干涉检测时入射球面光波和参考球面光波的点光源的最佳位置。通过上述方法不仅能够确定非球面检测时点光源的最佳位置,还可用于全面地分析干涉条纹密度的分布,并用于制定检测系统CCD等光路元件选型的基本策略,也可用于对非球面检测的调试过程进行理论指导。     

大相对口径大线视场光学系统的设计

文章论述了用于红外远距离探测的光学应是全反射式的大相对口径、大视场的离轴非球面系统。给出了一个通光口径为Φ600mm,相对口径1:1.67,线视场为±5°的设计结果。     

激光熔覆成形薄壁件离焦量和Z轴提升量选择方法

离焦量和Z轴提升量影响激光熔覆成形薄壁件的精度和效率,得到高精度薄壁件的关键是使Z轴提升量等于初始离焦量下的熔覆高度.为了解决高精度、高效率激光熔覆成形薄壁件问题,基于概率学构建了同轴送粉式激光熔覆系统的粉末分布密度模型,得到了不同负离焦量下熔覆高度计算公式并进行实验验证.提出了任意负离焦量和Z轴提升量下多层熔覆成形薄壁件高度的计算方法并进行实验验证.结果表明多层熔覆成形薄壁件高度的计算结果与实验结果基本一致,选择尽可能大并且能够形成自愈合作用的负离焦量,并使Z轴提升量等于该离焦量对应的熔覆高度计算值,可以得到成形效率高、精度高的薄壁件.     

离轴抛物面反射式平行光管的结构设计

论述了一种作为红外目标源的离轴抛物面反射式平行光管系统的组成．按照系统特定的光源离焦调节使用指标要求,研究了该平行光管在设计时需考虑的光学结构参数的确定方法,综合考虑了抛物面镜口径及离轴量、平面反射镜尺寸及位置和光源离焦使用时的关系,给出了相应的计算公式,并根据计算结果确定了一组合适的平行光管参数,其中离轴抛物面镜参数为口径Ф=110mm,离轴量h=90mm,焦距f=650mm,平面反射镜口径为40mm,两镜中心距可调节范围为480--550mm．实验证明,此计算方法对该平行光管的整体结构设计具有一定的实用价值．     

陶瓷球成球过程的建模与仿真

为反映陶瓷球实际成球过程,提出了一种成球轨迹和材料去除相结合的成球过程仿真方法.基于球体几何运动学分析,仿真出同心圆V形槽概率成球法中球面加工轨迹的分布.基于赫兹接触和普雷斯顿方程,建立了球-盘接触力学模型,得出了接触点材料去除量的表达式,然后结合球面划分,计算出球形误差值.对同心圆V形槽概率成球过程分别进行了仿真和实验,实验结果与仿真结果的变化趋势一致,且实验值与仿真值的最大误差为16.7%,验证了该仿真方法的有效性.     

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.     

大视场针孔CCD摄像物镜设计中的非球面应用

由于大视场会带来大的垂轴像差,尤其是畸变,以及结构的不对称性, Ｃ Ｃ Ｄ 针孔物镜一般视场不超过７０°。应用非球面光学设计,不仅使视场大于等于８０°,且畸变较小。此外,通过实例对球面设计与非球面设计进行比较,论证了非球面光学设计的优越性。     

二次非球面镜参数求解模型及求解算法研究

摘要：零位补偿检测的结果常作为非球面元件加工过程中的标准,当零位补偿器可能存在问题时能否保证非球面顶点曲率及二次曲面常数的精度是一个重要问题。本文基于二次曲面方程,建立了非球面顶点曲率半径R以及二次曲面常数k的求解模型并推导了基于奇异值分解SVD方法的求解算法。通过对一块孔径为1229mm的非球面反射镜进行模拟仿真计算,经过优化,该算法的求解精度可以达到△R＝0.1%,△k＝0.14%,从而实现对非球面镜零位补偿检测的有效补充。     

非球面零位补偿检测中非线性误差的影响及去除

非球面零位补偿检测中会引入非线性误差,利用光线追迹的方法获得了干涉测量坐标系和非球面镜面坐标系之间的非线性关系。对某有效通光口径为860mm的体育场形离轴非球面反射镜的零位补偿检测,利用光线追迹结果进行坐标反变换的数据处理方法,对上述非球镜面面形数据进行了镜面矢高分布数据的非线性校正;通过分析对比非线性校正前后的数据,对计算机辅助装调过程的影响,证明经过非线性校正后的镜面面形矢高数据可以加速计算机辅助装调过程收敛。     

高阶贝塞尔-高斯光束的自重建特性

由汉克尔波理论分析了贝塞尔（Bessel）光束的形成原理,很好地解释了零阶和高阶Bessel光束的自重建特性.利用衍射积分理论和柯林斯公式条件下的传输模型数值模拟了一阶贝塞尔-高斯（Bessel-Gauss）光束经过轴上圆形障碍物后的光强分布特性.结果表明,高阶Bessel-Gauss光束也具有零阶Bessel光束类似的自重建特性.实验上采用轴棱锥聚焦涡旋光束获得一阶Bessel-Gauss光束,然后通过轴上圆形障碍物、轴上和离轴正方形障碍物,验证了高阶Bessel-Gauss光束的自重建特性.理论模拟和实验结果相吻合.     

椭圆矢量高斯光束多孔衍射的光强分布

目的：分析奇异光束多孔衍射的精细结构。方法基于矢量瑞利-索末菲衍射积分公式,研究矢量椭圆高斯光束三孔衍射的光强分布。主要讨论在轴上、离轴和不同横截面处,精确光强表达式波印廷矢量〈S z 〉的变化规律。结果分析表明：在共轴情况下,参数 f 对〈S z〉的影响起重要作用,Δ和Λ也能影响光强的演变。而对于离轴情况,在其横截面上,等光强线先是椭圆,在 z／λ＝2．4591时,变为圆形,而后又变成椭圆,但其长、短轴方向交换了位置,通过横向光强等高线,可以更清楚地看出光波的这种演化规律。结论可以通过合理选择光学参数,控制多孔衍射对光束传输质量的影响。     

空气中圆形平面发射器参量源声场计算与模拟

基于空气介质的非线性性质,改进伯克泰线源端射阵计算模型得到正轴声场解的局限,提出一个圆形平面发射器参量源辐射声场数学模型,以参量点声源的距离和再现声场点的距离的关系作为分割点,对参量点声源到再现声场点的距离作不同的夫琅和费近似,在计算差频波再现声场的同时获得正轴和偏轴方位的声响应.将数值计算模拟结果和实验结果比较,该模型能够更准确地表现二次再现差频波声场的分布状况.     

光波导短程透镜物像关系求取的作图方法

利用短程透镜（ＧＬ）焦点、焦平面、焦距、主点、主平面等的表达式,根据短程透镜在大口径范围内理想聚信,主要为以焦点为圆心、以焦距为半径、在原点相切的两个圆弧等性质,推导了短程透镜物像关系的作图法求取原则。这一原则不仅可以在近轴区成立,而且在远轴区亦成立,弥补了以往短程透镜仅有针对特定共轭物像点的传递关系的缺陷,大大方便了短程透镜在所需系统中的应用,分析认为,消球差短程透镜设计从焦距是常数为出发点来进行更为有利。     

数字图像相关技术在多孔气凝胶基复合材料弹性力学常数识别中的应用

采用数字图像相关技术（digital image correlation,DIC）结合有限元模型修正技术（FEMU）,通过2维编织高铝纤维增强多孔气凝胶基复合材料正轴及偏轴拉伸实验,同时识别获得了材料面内多个工程弹性常数.通过力学实验结合有限元数值虚拟实验,研究了识别过程中目标函数构成、优化方法、参数初值、位移场随机误差水平对识别结果和效率的影响.研究表明针对2维编织多孔气凝胶基复合材料,选取DIC实测位移和有限元数值计算位移的方差作为目标函数,通过L-M非线性最小二乘优化方法,计算参数敏感度矩阵,可同时识别获得多个加载面内材料力学性能参数,识别效率高,识别过程对参数初值、位移场随机误差水平不敏感,鲁棒性好.      

62岁和69岁椎体松质骨表观弹性模量与骨量的关系

为研究松质骨的力学性能与骨量的关系,从62岁和69岁男性第4腰椎椎体取出共90个松质骨样本,用Micro-CT系统扫描后,转换成显微有限元模型,经计算得到主轴方向和非主轴方向的表观弹性模量。结果显示,62岁组椎体松质骨3个正交方向的表观弹性模量都显著大于69岁组。不同年龄、不同方向表观弹性模量与骨量遵循不同的关系式。本研究表明,62岁椎体主轴方向的表观弹性模量的变化主要是由骨量的变化决定的。而随着年龄的增长,无论是主轴方向还是非主轴方向,力学性能的降低更多地受显微结构形态退化的影响。     

62岁和69岁椎体松质骨表观弹性模量与骨量的关系

为研究松质骨的力学性能与骨量的关系,从62岁和69岁男性第4腰椎椎体取出共90个松质骨样本,用M icro-CT系统扫描后,转换成显微有限元模型,经计算得到主轴方向和非主轴方向的表观弹性模量。结果显示,62岁组椎体松质骨3个正交方向的表观弹性模量都显著大于69岁组。不同年龄、不同方向表观弹性模量与骨量遵循不同的关系式。本研究表明:62岁椎体主轴方向的表观弹性模量的变化主要是由骨量的变化决定的;而随着年龄的增长,无论是主轴方向还是非主轴方向,力学性能的降低更多地受显微结构形态退化的影响。     

Effect of substrate miscut on the electron mobility in InSb（001） structures on Ge and Ge-on-insulator substrates

InSb epilayers and InSb/Al0.20In0.80Sb quantum wells were grown on Ge(001)substrates and Ge-on-insulator(GeOI)-on-Si(001)substrates by molecular beam epitaxy.Growth on both on-axis and 4°-off-axis substrate orientations was studied.Anti-phase domains were formed when InSb films were grown on on-axis substrates,but suppressed significantly by the use of 4°-off-axis substrates.Such off-axis substrates also reduced the densities of micro-twin defects and threading dislocations.The defect reduction resulted in an increase in the room-temperature electron mobility from 37,000 to 59,000 cm2/Vs in 4.0-lm-thick InSb epilayers and from 10,000 to20,000 cm2/Vs in 25-nm-thick InSb quantum wells on Ge(001)and GeOI-on-Si(001)substrates.