中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
传统的车载支撑平台晃动量较大，难以满足车载光电经纬仪高精度不落地测量要求。为了兼顾轻量化、高刚度和便于制造的要求，采用离散体桁架拓扑优化方法设计了一种具有桁架蒙皮式结构的高比刚度车载支撑平台；建立了平台系统的有限元仿真模型，根据平台安装光电经纬仪的稳定性要求，分析了不同工况和载荷条件下平台系统的静力学和模态特性，搭建了支撑平台稳定性实验装置。结果表明，在经纬仪工作角加速度0.5（°）/s2~20（°）/s2范围的激励下，经纬仪基座的响应加速度为0.008~0.55 m/s2，无明显影响经纬仪跟踪性能的共振响应发生。同时，采用倾角传感器测量了平台晃动幅值，最大晃动量为7.2″。该支撑平台具有较高的支撑稳定性，适用于车载光电经纬仪高精度不落地测量。
车载光电经纬仪 不落地测量 支撑平台 稳定性 光学学报
2023, 43(21): 2112004
1 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100039
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 吉林 130033
3 丹麦技术大学，丹麦 灵比2800
传统的Zernike多项式在光机优化设计中存在着一定的局限性，如离散情况下正交性损失仅适用于与圆同胚的边界光滑平面单连通区域。利用Laplace方程得到的特征模态所具有的离散正交性和共形性质，在有限元数值离散的情况下，实现对光学曲面变形的近似表述，并对圆形光学反射镜支撑结构进行以特征基底系数极小为目标的结构拓扑优化。将特征模态的优化结果与Zernike多项式优化结果对比之后发现，特征模态可以取得和Zernike多项式近似的优化性能。在此基础上，进一步将特征模态应用于六边形曲面镜支撑结构的拓扑优化。
共形 正交特征模态 曲面变形近似 非圆反射镜 拓扑优化 光学学报
2023, 43(13): 1320002
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所精密仪器与装备研发中心，吉林 长春 130033
靶场光电测量设备利用光学成像采集飞行目标信息，经误差修正、时空配准、交汇计算等处理可以得到所需的目标参数，是航天器发射回收测控系统中的重要组成部分，也被广泛应用于**目标的探测中。为了应对复杂测量条件和多样化被测目标带来的挑战，在确保靶场光电测量设备高精度轨迹测量、高分辨成像能力的同时，对其提出了获取信息多元化、测量波段多样化、多平台机动布站等更多任务需求。我国靶场光电测量设备长足发展，整体性能得到了大幅提升。以中国科学院长春光学精密机械与物理研究所精密仪器与装备研发中心团队近年来在靶场光电测量设备的研制工作为基础，对红外辐射特性测量、结构轻量化设计、光雷一体化测量等多项关键技术的发展历程和现状进行了详细介绍，总结了靶场光电测量设备在多信息获取、探测波段扩展、测量精度提高、设备机动性提升和多平台匹配融合等方面的研究进展，讨论了靶场光电测量设备当前仍然存在的技术难点，并展望了相关技术未来的发展方向。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
具有确定相对孔径的光学系统只能对有限景深范围内的物体进行清晰成像。而超出景深范围的物体经过两个光学元件的两次反射之后，聚焦于探测器靶面，形成超景深鬼像光斑，大大降低了对比度。利用Code V与LightTools软件对已产生超景深鬼像的光学系统进行了仿真分析，并对产生超景深鬼像的两个光学元件表面进行了定位。仿真结果与产生的现象能够对应，证明该方法正确可行，并可用于其他光学系统。
超景深鬼像 仿真分析 exceed depth of field ghost image Code V Code V LightTools LightTools simulation analysis
提出了一种锑化铟红外焦平面器件盲元分析方法。利用该方法，无需将器件背面减薄就能进行盲元测试与分析。基于这种封装方式，将器件倒置后，从芯片正面吸收光的照射，在互连、灌胶以及每一步磨抛工艺步骤后均可进行测试和分析。结果表明，该方法能够有效地分析和定位每步工序过程中产生的盲元情况，可解决现有技术手段中对红外焦平面器件因产生盲元导致像元失效而无法准确定位其出现在哪步工艺的问题。
锑化铟 盲元分析 红外焦平面器件 InSb blind element analysis infrared focal plane device
1 固体激光技术重点实验室, 北京 100015
2 中国电子科技集团公司第十一研究所, 北京 100015
针对端面泵浦固体激光器的微通道冷却结构,基于流-固-热耦合的数值方法计算了不同冷却液流量下增益介质内部的温度分布和冷却结构的流动阻力,为下一步冷却结构的改进提供了理论依据。计算结果表明:当冷却液流量增加至15 L/min时,增益介质的最高温度不再出现明显下降,此时微通道冷却结构的内部流动阻力不会对冷却系统运行造成明显的影响;冷却结构的进出口位置及水冷方向对增益介质内部的热分布具有较大的影响。
激光光学 激光冷却 固体激光器 热效应 微通道冷却 数值计算
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
为了实现空间望远镜大型光学载荷的在轨更换, 设计了一种能够实现在轨快速拆装的定位机构, 并针对其核心问题即在轨重复定位精度进行了研究。首先, 选定了一种能够避免热应力的运动学定位方式。在此基础上设计了定位机构, 并根据刚体的微小角位移是矢量并符合矢量合成法则的原则, 利用角位移矢量合成的方法推导出了光学载荷的转角数学模型; 然后, 设计杆系结构模拟了光学载荷及其框架, 同时为了模拟光学载荷在轨拆装的微重力环境, 利用微重力模拟的常用方法悬吊法设计了悬吊装置, 以实现光学载荷模块的重力卸载; 最后, 搭建了试验检测环境, 对光学载荷模块进行重复拆装试验, 利用经纬仪及数显千分表进行检测, 并处理试验结果得到了重复定位误差值。结果表明, 光学载荷模块的重复安装转角误差最大为±28.8″, 平移误差最大为±0.057 mm。本文研究能够为在轨可更换载荷定位机构的设计提供参考, 具有理论意义和应用价值。
空间望远镜 大型光学载荷 在轨更换 定位机构 接口试验装置 重复定位精度 space telescope large optical device on-orbit replacement positioning mechanism interface test device re-orientation accuracy 光学 精密工程
2019, 27(10): 2233
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了解决CFRP(carbon fiber reinforced polymer)平面反射镜在加工成型后的面形存在像散像差的问题, 建立相关的理论模型以对其产生机理进行解释, 并设计实验对模型进行验证。首先基于经典层合板的热效应理论, 考虑到CFRP平面反射镜制造过程中存在铺层角度误差及温度变化等因素, 推导了相关公式以说明当对称均衡铺层CFRP反射镜存在铺层角度误差时, 在热效应的影响下会产生马鞍形的变形, 即会导致面形出现像散像差。设计了相关实验, 制备了两组铺层角度分别为[0° 90° 45° -45°]2s和[(0° 90° 45° -45°)s]2的反射镜样片, 并利用Zygo长波红外干涉仪(λ=10.6 μm)对样片总体面形及像散像差进行检测。实验数据显示: 第一组样片像散像差的RMS值平均为0.034λ, 第二组样片像散像差的RMS值平均为0.510λ。证明了铺层角度误差是使反射镜产生像散像差的主要原因之一, 而且像差大小会随着反射镜弯曲刚度准各向同性的提高而减小。
CFRP反射镜 像散像差 对称均衡铺层 铺层角度误差 温度变化 CFRP reflective mirror astigmatism balanced and symmetrical alignment ply angel misalignment temperature variation 红外与激光工程
2019, 48(8): 0814003
1 长春理工大学 机电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对光电设备中广泛采用的螺栓连接形式, 采用单螺栓连接悬臂梁模型, 对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行实验。利用激振器和振动信号采集设备, 结合快速傅立叶分析方法指出螺栓连接模型在一定条件下有超谐共振响应现象。模型的谐振频率随着扭矩的增大呈先增大后减小的现象。结构在相同扭矩下, 第一阶谐振频率随着激励幅值的增大而减小, 结构呈渐软非线性。给定1/2和1/3倍谐振频率下的正弦激励, 系统能量随着激励幅值的增大而趋向于固有频率处。结构在低预紧扭矩下, 非线性项中二次项对结构响应起主要作用; 在较高预紧下, 非线性项中三次非线性项对结构响应起主要作用。该实验结果对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有一定的理论和指导意义。
非线性振动 谐共振 螺栓 nonlinear vibration harmonic response bolt joint
