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
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
在二自由度快速控制反射镜系统设计中，为提高系统的控制带宽，应尽量降低工作方向上的低阶固有频率，提高非工作方向上的高阶固有频率。该课题以某深切口柔性铰链快反镜系统作为研究对象，首先对系统前四阶固有频率的振型运动方向进行了分析，并针对传统刚度计算方法不适用于第三阶振型方向的问题，重新推导了第三阶振型方向上的刚度计算公式；其次，利用能量法和卡式第二定理对深切口柔性铰链上的工作刚度进行了推导，并进行了非线性拟合化简，得出的简化计算公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过8.9%，证明了推导的铰链工作刚度理论公式的准确性；然后，将第三阶振型方向刚度计算公式和柔性铰链刚度计算公式代入固有频率计算公式，并进行有限元验证，结果表明理论公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过1.7%，证明了新的三阶振型方向上的刚度计算公式的准确性。最后利用遗传算法，对系统前四阶固有频率进行了多目标优化设计，到达设计要求，所求出的优化结构较初始结构有明显优化，工作方向刚度减小19.04%，非工作方向刚度提高297.83%和77.09%。此外还对其进行了有限元仿真验证，结果证明一、二阶固有频率减小8.08%、5.40%，三、四阶固有频率提高了112.59%、16.80%。证明优化结构较初始结构有较大提高，能有效提高系统控制带宽。
快速控制反射镜 控制带宽 优化设计 固有频率 柔性铰链刚度 fast steering mirror control bandwidth optimal design natural frequency the stiffness of flexure hinge 红外与激光工程
2021, 50(6): 20200450
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
气溶胶是影响地球气候和环境的不确定因素之一, 星载被动光学遥感具有大视场、宽波段、高时空分辨率等优势, 已成为云与气溶胶探测的有效手段之一。本文简述了云与气溶胶光学遥感探测的必要性和可行性, 详细介绍了国内外典型云与气溶胶光学遥感仪器的系统组成、主要技术参数和方案特点, 并基于现有仪器的不足和气溶胶反演需求, 指出了云与气溶胶光学遥感仪器的发展趋势, 给出了新一代云与气溶胶光学遥感仪器的方案设计结果。集成大视场、中等分辨率、多角度、多光谱、宽谱段、长寿命的高精度偏振测量是新一代星载云与气溶胶光学遥感探测仪的首选方案和发展趋势。
大气探测 被动式遥感 云与气溶胶 多角度 多光谱 偏振 atmospheric sounding and observing passive remote sensing cloud and aerosol multi-angle multi-spectral polarization
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
高光谱成像仪CCD组件在装调时，纵向需要满足20 μm焦深要求，横向需要实现光谱维、空间维的对准。为了避免检测时对昂贵的CCD频繁安装、拆除，设计了一种等效焦面装调模组。等效模组按照CCD组件的实测尺寸精密制造，提供了可供显微镜观察的模拟光谱像。通过测量实际光谱像和模拟光谱像的位置差别能够获取修磨垫的修整量，并实现光谱像和CCD像元的横向对准。试验表明，存在工具显微镜测量误差、修磨垫加工误差、互换性误差时，光谱像面各处离焦量均小于焦深。试验中仅用3次迭代即达到MTF为03的要求，提高了装调效率和操作安全性。
高光谱成像仪 等效焦面装调模组 蒙特卡罗方法 焦深 修磨垫 hyperspectral imager equivalent focal plane assembling module Monte Carlo method focal depth spacer
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
为实现光学系统计算机辅助装调工程化应用，达到根据失调量的计算值对光学元件进行空间位置误差校正的目的，提出了失调量的计算值和调整机构调整量之间的过渡方法，利用坐标变换和最小二乘优化算法建立了失调量调整量的关系模型，完成了两者坐标基准过渡。仿真结果表明，根据此方法自编程序计算出的平移调整量精度可达10-6 mm量级，角度调整量精度可达0.02″量级，计算精度远高于光学系统的装调要求。在模拟装调过程中，与直接采用失调量计算值对元件调整的结果相比，此方法的调整结果明显好于前者。对于不同的光学元件装卡方式和调整机构，可对此算法的相关参量进行赋值，灵活运用于不同的工况，为计算机辅助装调的实际工程化应用提供理论依据。
光学设计 光学系统装调 计算机辅助装调 坐标基准过渡 最小二乘法
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
介绍了激光通信的基本过程和链路类型。着重调研了欧州空间局、美国、德国、日本以及国内激光通信的最新发展概况, 给出了一些已成功应用的激光通信终端的详尽技术参数, 如通信波长、通信距离、通信速度误码率、应用目的等, 突出了每一种仪器的特点和优势, 并对其光机结构进行了详细分析和展示。通过分析国内外的研究状况, 指出激光通信面临的关键技术问题, 以及未来激光通信发展的趋势和方向, 为激光通信设备及其相关领域的研究提供了一定的参考。
激光通信 空间激光通信 通信终端 通信设备 laser communication space laser communication communication terminal communication equipment
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
为检测超光谱成像仪指向反射镜的运动特性，设计了一种非接触式指向反射镜运动特性检测系统，在系统加工、装配前，分析各误差源对系统不确定度的影响，制定系统的误差分配方案。采用齐次坐标建立含有加工、装调误差的数学模型，通过曲线拟合得到指向反射镜转角和光斑中心位置关系曲线，依据相对位置测量误差进行误差分配，降低了加工、装调的要求，确定了系统的误差分配方案，保证指向反射镜在11°转角范围内系统不确定度小于2″，分辨率为0.5″。提出的误差分配方案大大降低了系统加工、装调难度，验证了系统设计方案的可行性。
测量 误差分配 坐标变换 指向反射镜 蒙特卡罗法 曲线拟合 光学学报
2013, 33(10): 1012001
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
设计并架构了CO2探测仪的光学系统。通过对比国外典型大气温室气体探测仪采用的光学系统, 总结了光栅与傅里叶变换两种分光方法的优缺点, 确定设计的CO2探测仪采用大面积光栅色散光谱仪系统, 该光学系统包括前置光学系统和三通道光栅光谱仪系统两部分。前置光学系统由无焦双离轴抛物面系统、2个分束器和3个聚焦透镜组组成, 采用了多种消杂光措施, 有效抑制了杂散光。光栅光谱仪的3个通道采用相同的结构, 工作在相同的偏离角下; 根据光栅方程推导了固定偏离角下光栅参数的计算方程, 确定了3个通道的光栅参数; 透镜采用低膨胀熔石英材料; 大面积光栅工作在大入射角、大衍射角状态, 工作波段内的光栅衍射效率可达90%以上。对光学系统的分析测试显示：通过在光谱仪系统放置0级光陷阱等消杂光措施, 可将杂散光控制在10-5以下, 空间方向的MTF大于0.9, 光谱分辨率达到0.035 nm(@760 nm), 实现了20点同步观测。由于相对孔径较大(F1.8), 提高了集光能力。结果表明, 设计的光学系统满足温室气体探测的技术指标要求。
温室气体探测 CO2探测仪 大面积光栅 光谱仪 光学设计 greenhouse gas sounding CO2 sounder large area grating spectrometer optical design 光学 精密工程
2012, 20(12): 2645
