中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川绵阳621900
全口径环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一，其瓶颈问题是元件面形的高效高精度控制。通过研究元件面形的影响因素及其控制方法从而提升其确定性控制水平。围绕影响面形误差的运动速度、抛光盘表面形状误差和钝化状态等关键工艺因素，建立基于运动轨迹有效弧长的环形抛光运动学模型，揭示了抛光盘表面开槽槽型对面形误差的影响规律；提出了采用位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面并通过插值算法生成其形状误差的方法，建立基于小工具的子口径修正方法，实现了抛光盘形状误差的在位定量修正；提出抛光盘表面钝化状态的监测方法，研究了抛光盘表面钝化状态对面形误差的影响规律。结果表明：抛光盘表面开槽采用环形槽时元件表面容易产生环带特征，采用径向槽、方形槽和螺旋槽时元件表面较为匀滑；通过在位定量检测和修正抛光盘形状误差，可显著提升元件的面形精度；随着抛光盘表面的逐渐钝化，元件面形逐渐恶化。在研制的5 m直径大口径环形抛光机床上加工800 mm×400 mm×100 mm平面元件的面形PV值优于λ/6（λ=632.8 nm），提升了元件的面形控制效率和精度。
光学加工 全口径环形抛光 面形误差 影响规律 控制方法 optical fabrication full-aperture continuous polishing surface figure influencing principle control method
1 中国科学技术大学核科学技术学院，安徽 合肥 230026
2 上海交通大学IFSA协同创新中心，上海 200240
针对双锥对撞点火方案实验中的受激布里渊散射过程，发展了一套门控角分辨全口径背向散射诊断系统。设计了光纤阵列，对神光-ⅡU装置打靶伺服反射镜上的散射信号进行收集，利用其时间特性，通过相对测量的方式，获得了角分辨的背向受激布里渊散射能量份额，发现其角分布敏感依赖于激光在球壳表面的辐照模式，为深入研究双锥对撞点火方案中的受激布里渊散射过程提供了可靠的实验结果。
激光光学 双锥对撞点火 受激布里渊散射 角分辨全口径背向散射诊断 光学学报
2023, 43(11): 1114001
1 国防科技大学智能科学学院装备综合保障技术重点实验室, 湖南 长沙 410073
2 超精密加工技术湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
针对鸥翼型非球面面形检测的难题,提出了一种白光干涉拼接测量方案。基于白光显微干涉测量结合子孔径拼接的测量原理对扫描路径进行规划。搭建白光干涉拼接测量平台完成了对10 mm鸥翼型非球面的59个子孔径的高精度测量。利用同步子孔径拼接算法对测得的子孔径数据进行拼接,得到了全口径面形误差。开展了利用高精度轮廓仪和计算机生成全息图(CGH)补偿器对鸥翼型非球面面形进行检测的对比实验。结果表明,所提检测方案的面形误差数值和分布均与高精度轮廓仪和CGH补偿器得到的结果吻合,有效验证了所提测量方案的正确性。
测量 鸥翼型非球面 白光干涉拼接 全口径 高精度
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
针对单根光线追迹方法在部分偏振光条件下无法对系统进行全面评价的问题, 基于斯托克斯表示法提出了全视场、全口径光线追迹方法, 通过对原有折射与反射穆勒矩阵表达式的优化, 建立入射光偏振度、光线角度等参量与出射光偏振度的解析关系; 理论分析结果表明, 入射角与折射角的差值控制在5.7°以内, 可以有效减少系统对光线偏振度的影响; 依据空间目标成像需求设计了集成微偏振片阵列的偏振成像系统, 成像分辨率500 km处为0.5 m; 采用动态数据交换机制对光学系统进行全视场、全口径光线追迹, 得到系统斯托克斯矢量及偏振度的全视场分布, 实现对系统任意视场偏振度的标定, 提升偏振探测精度。亦可通过任意视场与中心视场偏振度匹配入射光偏振度, 反演目标。
偏振成像 偏振度 全口径 穆勒矩阵 光线追迹 polarization imaging polarization degree full-pupil Mueller matrix ray tracing 红外与激光工程
2019, 48(3): 0318004
根据正交偏振干涉测量法(OPI)获得的KDP晶体折射率的空间分布数据求解KDP晶体内部失谐角分布，进而建立了倍频及和频KDP晶体全口径最佳入射角的优化模型和方法。分析讨论了不同折射率畸变程度和不同功率密度入射情况下倍频及和频晶体入射角的变化规律。在此基础上，对KDP晶体的全口径最佳入射角进行了优化。结果表明: 当KDP晶体折射率畸变程度较大时，倍频晶体对折射率变化较为敏感，而和频晶体对折射率变化则相对不敏感。在实际工作中，首先在假设倍频晶体折射率分布均匀的前提下，对和频晶体的最佳入射角进行优化，而后通过适当调整倍频晶体及和频晶体的入射角，最终确定倍频晶体及和频晶体的全口径最佳入射角。
惯性约束聚变 KDP晶体 折射率不均匀性 全口径最佳入射角 转换效率 inertial confinement fusion KDP crystals non-uniformity of refractive index best input angle of full aperture conversion efficiency 强激光与粒子束
2014, 26(7): 072002
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
通过对比大口径光学元件夹持不当时全口径与局部口径之间的图像关系，研究局部面形控制的新方式。并与高精度的大口径干涉仪进行比对测试，验证拼接干涉仪的测试精度。实验表明，拼接干涉仪局部测试精度可达50 nm（PV值），空间分辨力高达5 mm-1，可以实现中频段的装校监控。使用拼接干涉仪扫描测试全口径面形，测试不确定度小于100 nm，与600 mm的大口径干涉仪测试结果差别小于0.04λ（波长λ=632.8 nm）。
子孔径拼接 象散 局部面形 装校监测 全口径面形 sub-aperture stitching astigmatism local surface assembly inspection full-aperture surface 强激光与粒子束
2014, 26(5): 051014
光学元件的中高频误差一般采用功率谱密度(PSD)表示，其划分为PSD1和PSD2两个频段。针对目前国内外研究较少的PSD2频段误差，分析和实验研究了其潜在的影响因素。采用沥青和聚氨酯盘抛光熔石英元件的实验结果显示: 小工具数控相比传统全口径抛光并未增大PSD2误差，而抛光盘材质对PSD2误差具有决定性的影响。沥青盘在抑制PSD2误差方向具有较好的优越性，工件表面的PSD2指标能够满足要求，而聚氨酯抛光元件表面的PSD2误差则较高。针对这一问题，提出采用固结金刚石丸片修整聚氨酯垫，通过细化金刚石颗粒获得了合格的PSD2指标。
PSD2误差 小工具数控抛光 全口径抛光 沥青盘 聚氨酯垫 金刚石修整 PSD2 error computer controlled small-tool polishing full-aperture polishing pitch lap polyurethane pad diamond dressing 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3325
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 西安精密光学与机械研究所， 西安 710000
为了更好地研究神光Ⅲ原型实验中激光与等离子体相互作用产生的散射光，研制了新的全孔径背向散射诊断系统。该系统根据布里渊散射与拉曼散射的性质区别，使用二向色镜对散射光进行分光提纯，采用真空滤波器、挡光板、高反滤波片以及改变倍频晶体角度等进行消杂光处理，进而减少杂散光对测量结果的影响。同时，该系统采用特制的全口径大光斑激光器模拟打靶散射光对光路透过率进行标定。实验结果表明: 新的全孔径背向散射诊断系统工作状态稳定，明显减少了杂散光的影响，所测数据更加真实可靠。
激光散射 全口径背向散射 透过率标定 布里渊散射 拉曼散射 laser scattering full-aperture backscatter transmissivity calibration Brillouin scattering Raman scattering 强激光与粒子束
2012, 24(12): 2773
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 惯约实施管理中心, 四川 绵阳 621900
报道了基于神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统。系统通过激光聚焦透镜收集激光等离子体相互作用产生的散射光; 两个热能量卡计分别测量波长348～354 nm范围的受激布里渊散射和波长400～700 nm范围的受激拉曼散射产生的散射光。该系统可以测量散射光的能量、功率和光谱图像, 提供优于0.5 nm光谱分辨和10 ps时间分辨的光谱物理信息。同时采用PIN二极管阵列对聚焦透镜外侧附近的近背向散射光信息进行测量。
全口径背向散射 激光等离子体 受激布里渊散射 受激拉曼散射 full-aperture backscatter station laser-produced plasma stimulated Brillouin backscattering stimulated Raman backscattering
国防科技大学 机电工程与自动化学院,湖南 长沙 410073
研制了一种基于柱面坐标系的新型专用非球面坐标测量机,通过测量非球面多条子午截线实现对非球面形的全口径检测。在结构设计方面,采用了龙门框架加回转运动的形式,利用高精度气浮导轨实现水平运动,利用端齿盘实现对工件的精确分度,通过点位测量的方式实现对非球面形的高精度检测。在软件方面,建立了系统的数学模型和柱面坐标系下回转对称非球面形全口径检测算法,并在VC++6.0和Matlab平台上编制了测控软件和数据处理软件。系统最大测量口径为600 mm,测量高度为25 mm,最小测量步长为1 mm,经过系统误差补偿后,系统精度优于1 μm,满足了精磨、粗抛阶段非球面形检测要求。试验表明:系统运行良好,精度满足要求,同时具有良好的通用性,可用于非球面精磨、粗抛阶段的检测。
光学非球面 接触式测量 全口径检测 坐标测量机 Zernike多项式 optical aspherics contact-measurement full-aperture test Coordinate Measuring Machine(CMM) Zernike polynomial
