红外与激光工程
2022, 51(10): 20220303
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
针对激光系统, 研究了一种新型激光扩束系统, 新型扩束系统采用离轴反射式光学系统。扩束设备精度和稳定性要求高, 通过材料的选择、光机结构设计、刚性设计和仿真分析计算, 保证系统精度不超过0.02 mm。扩束设备需要多轴调试, 设计多自由度调节机构, 可以实现三个轴的旋转和三个轴的平移。结果表明, 系统结构设计合理, 满足指标要求。
光机结构 高精度 多自由度 刚性分析 热分析 opto-mechanical structure high precision multi-degree of freedom rigidity analysis thermal analysis
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031；中国科学技术大学研究生院 科学岛分院，安徽 合肥 230026；先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037；皖西学院 机械与车辆工程学院，安徽 六安 237012
2 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031；中国科学技术大学研究生院 科学岛分院，安徽 合肥 230026；先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
气溶胶辐射强迫效应主要通过气溶胶与辐射相互作用(aerosol-radiation interaction, ARI)和气溶胶与云相互作用(aerosol-cloud interaction, ACI)两种途径来影响地球辐射收支平衡，联合国气候变化政府间专家委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在第五次报告指出，气溶胶与云的相互作用是最主要的不确定性辐射强迫因子之一。在云–气溶胶全球探测领域中，星载云–气溶胶遥感雷达的探测能力与发展方向对研究者们研究全球云–气溶胶分布特点越来越重要。首先对星载云–气溶胶遥感雷达技术的应用现状进行了分析，并针对典型星载云–气溶胶激光雷达（激光雷达空间技术实验LITE、正交偏振云–气溶胶激光雷达CALIPSO、云–气溶胶传输系统CATS、大气激光雷达ATLID）的探测任务、光机系统参数、结构及材料等技术特点进行了详细的分析研究；其次从工作机制、光机系统结构、应用材料和探测能力等方面对各星载云–气溶胶激光雷达系统特点进行了对比，提出星载云–气溶胶激光雷达光机系统结构设计特点与方法；最后分析了当前星载云–气溶胶激光雷达系统技术特点及发展方向，为我国发展星载云–气溶胶激光雷达提供技术方向及发展建议。
地球辐射 星载云–气溶胶激光雷达 遥感技术 光机结构 Earth’s radiation space-borne lidar for cloud-aerosol remote sensing technology opto-mechanical structure 红外与激光工程
2020, 49(8): 20190501
多光谱遥感相机提供的光谱图像信息具有极高的应用价值。为突破CCD成像器件谱段数量的限制、增加单台相机的谱段数量, 提出了一种双通道的解决方法。从光学系统入手, 对一种双通道离轴多光谱遥感相机进行了高稳定性光机结构设计。首先, 通过使用四点球头支撑技术实现了对大口径主镜的高稳定性支撑, 保证了在各个工况下反射镜面形精度满足使用要求。之后, 对相机的焦面组件、主框架及隔振系统进行了设计及优化, 保证了双通道离轴遥感相机在提供八个多光谱谱段的同时, 具有良好的结构稳定性。最后, 对整个相机进行有限元分析和力学环境试验, 结果表明相机具有较高的稳定性, 符合设计预期。
遥感相机 谱段 双通道 稳定性 离轴 光机结构设计 remote sensing camera spectral segment dual channel stability off-axis opto-mechanical structure design 红外与激光工程
2019, 48(4): 418005
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
根据光学设计要求，采用多波段共口径卡氏系统对激光照射稳定性检测系统进行光机结构设计。为保证检测系统在复杂的环境下仍具有较高的检测精度，利用有限元方法对系统结构进行了热力学仿真分析，将各光学元件表面上的节点位移变化代入光机热耦合分析工具Sigfit中进行面形拟合计算。以改进后的Zernike多项式作为光机耦合分析接口，通过Zemax得出光学系统的调制传递函数(MTF)曲线，验证了光机结构设计的合理性。将高低温环境实验数据与集成分析结果对比，对仿真分析过程进行模型修正，进而形成一套完整、准确、适用范围广的光机结构设计方案。
光学设计 光机结构设计 光机集成分析 有限元方法 热力学仿真分析 Zernike多项式拟合 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 052201
中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川 绵阳 621900
从机械结构角度对机械夹持状态下吸收了高能激光束能量的磷酸二氢钾(KDP)晶体内部产生热应力的问题进行了研究。理论分析了KDP晶体吸收激光能量引起的温升,研究了机械夹持状态下KDP晶体内部热应力的生成机理。 采用有限元方法对KDP晶体的温度分布和热应力分布进行了仿真计算,分析了夹持装置结构参数、预紧力、摩擦系数和弹性模量对热应力的影响。结果表明,夹持装置对KDP晶体的机械夹持作用是KDP晶体内部产生热应力的重要因素,热应力的大小与夹持装置的结构参数有关。
激光技术 固体激光器 热应力 光机结构 KDP晶体 光学学报
2017, 37(12): 1214001
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心，吉林 长春 130022
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为了实现对卫星控制系统中太阳敏感器的高精度地面标定和测试，提出一种真实模拟太阳光辐射特性的高精度准直式太阳模拟器设计方案，根据模拟器热功率高的特点，对氙灯与组合聚光镜、转向平面反射镜、光学积分器等主要组成部分进行了详细的光机结构与热控结构的设计。运用Ansys软件进行热学仿真分析，保证热控结构设计的合理性与最优性。通过实际检测，设计的太阳模拟器可以真实地模拟太阳光辐射特性，准直角小于32′，辐照面小于Φ100 mm时，不均匀度优于±1.6 ％；辐照面在Φ(100~300) mm时，不均匀度优于±4.2 ％，满足对高精度太阳敏感器的地面标定和精度测试。
太阳模拟器 一个太阳常数 光机结构 太阳准直角 solar simulator one solar constant opto-mechanical structure solar collimation angle
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
针对环境适应性和探测精度的要求，设计了双视场、多通道成像仪的光机结构，以获取高空间、时间覆盖和高垂直分辨率的大气图像和数据信息。根据光学探测和光学定位精度的要求，设计的光学系统结构以及对应的机械结构采用了天底和临边多方位观测模式。该结构通过柔性系统保证了成像仪在45°C的温差范围内能够正常工作。由于温差较大，系统中构建了CCD探测器裸片的精密定位与散热系统。为验证光机结构设计的正确性，对集成后的成像仪进行了光学系统性能检测。检测实验显示，边界温度状况下3个光学通道的分辨率均优于4 km，达到对地球临边和天底大气进行探测的需求。成像仪的质量为8.3 kg，其一阶基频大于100 Hz，最大应力为52.5 MPa。该光机结构设计合理、紧凑，满足刚度、强度以及目标探测要求，适合空间遥感的应用。
大气遥感 双视场多通道成像仪 光机结构 临边与天底观测 atmospheric sensing imager with two field of views and multiple optica opto-mechanical structure limb and nadir detection 光学 精密工程
2015, 23(10): 2870
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室超精密光学工程研究中心, 吉林 长春 130033
传统的光机结构设计流程中光学设计和机械结构设计相对独立。光学系统的机械结构设计者很难确定哪种支撑结构比较适合，难以实现机械结构的优化设计。利用机械敏感度直接建立机械结构加工装配误差与光学系统成像质量之间的关系，可以直观地描述机械结构误差对镜片的偏心、倾斜和间隔误差的影响，从而反映了对光学系统的成像质量的影响。结构设计者依据不同机械支撑结构的机械敏感度表来选择适用于该光学系统的最佳支撑结构，从而实现对物镜光机结构的优化。
光学设计 光机结构 机械敏感度 优化设计 误差 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 072201
