利用光纤熔融拉锥技术，对一种中心对称、具有较大芯间距的多芯光纤进行了优化。融锥后的光纤具有倏逝场强、传感灵敏度高的特点，但由于其柔韧性差难于用作弯曲传感测量。本文设计了一种柔性传感器，使优化后的融锥光纤可用于弯曲传感测量。利用超模耦合理论对优化后多芯光纤传感器的透射谱进行了分析，并对其弯曲传感特性进行了实验研究。实验结果表明，该柔性融锥光纤传感器的干涉条纹与弯曲曲率有很好的线性关系。优化后的融锥光纤弯曲传感器的灵敏度为2.90 nm/m^-1。

为了保证微型空间相机的超轻反射镜的面形精度和稳定性, 提出一种串联双轴片式柔性支撑结构.以多工况下超轻反射镜面形为目标, 应用集成优化方法对该支撑结构进行优化设计, 并对优化后的结构进行重力和温度工况下的静力学分析, 各工况下反射镜面形均方根值均在3.5 nm以内, 远优于设计指标.对研制的反射镜组件粘接强度进行校核, 并对其动力学性能进行有限元分析和试验验证.结果表明, 柔性支撑结构与反射镜粘接面积为1 138 mm2,反射镜组件的X、Y、Z三向的一阶频率都在500 Hz以上.有限元分析结果与试验结果的相对误差均在6.5%以内, 验证了有限元分析模型的正确性, 表明该串联双轴片式柔性支撑结构设计合理, 集成优化方法可靠.

设计了一种狭缝柔性结构的光学元件调节机构, 使光学元件在具备较高调节精度的同时, 保持较高的导向精度。采用弹性力学应力函数法分析了狭缝柔性结构的刚度, 以径向刚度与轴向刚度的比值为目标函数, 对狭缝柔性结构尺寸参数进行了优化, 在不超过柔性结构材料屈服应力等约束条件下, 刚度比最优值达到1 5736, 较大的刚度比值可以减小调节机构的耦合位移, 从而提高机构的导向精度。该结构加工装配方便, 可实现三自由度(θx-θy-Z)调节。对优化后的柔性结构进行仿真分析, 结果表明: 径向刚度与轴向刚度比值的仿真值为1 6604, 解析值与仿真值误差为523%, 证明了刚度分析方法的有效性。优化后的结构, 轴向调节行程为209 mm, 绕x轴偏转角度调节行程为±166 mrad, 绕y轴偏转角度调节行程可达到±144 mrad, 满足光学元件调节的大行程要求。

设计了一种适用于空间环境的变形镜装置, 以校正高分辨率空间相机中大口径主反射镜的波像差.讨论了空间相机用变形镜的设计准则, 确定了该变形镜的结构形式;给出了具体的结构组成和材料组合, 并设计了柔性结构.仿真结果表明, 该结构在z向重力工况下RMS值仅17.2 nm, 4℃温升时的RMS值仅为3.7 nm, 且一阶频率为1 015 Hz, 各模拟空间工况下的反射面经主动展平后, 均可获得近似的标准平面;该结构能够较准确地拟合前36项泽尼克多项式所对应的基元波面, 残留误差较小, 不仅具有良好的力学性能和热稳定性, 还能保证变形镜的像差校正能力得到充分发挥, 从而满足空间相机的使用需求.

30 m望远镜三镜为长轴3.594 m，短轴2.536 m的椭圆形微晶玻璃反射镜。其支撑结构采用了多种柔性结构，以释放非支撑方向的自由度。使得轴向支承和侧向支撑能够相互解耦，并减小支撑结构与镜子材料的热胀系数不匹配带来的热应力。柔性件柔度越高，在望远镜观测条件的扰动下镜面面形越好。但过高的柔度会降低柔性件的屈曲临界载荷，导致结构发生屈曲失效。为此需要计算出望远镜观测过程中柔性结构所承受的最大压力载荷，计算相应的屈曲安全系数SFBuckling。对比了典型结构非线性屈曲分析和特征值屈曲分析的区别，不断迭代设计和分析，柔性元件的SFBuckling和柔度取得了一个较好的平衡点，热扰动下的面形也达到了设计要求。

随着单刃金刚石数控车削技术的不断提高,越来越多的红外系统选用金属作为反射镜材料以提高系统的性价比.同共轴光学系统相比,离轴光学系统的反射镜结构和装调更为复杂,为了深入研究金属反射镜在红外离轴系统中的应用,提出了一种集Kinematic 定位和柔性去应力相结合的轻量化金属反射镜结构.首先从金属结构件的加工特点出发,分析了金属反射镜的轻量化形式和安装结构;接着针对某离轴反射系统中口径最大的离轴主镜,按照各设计要素建立了金属反射镜结构模型;最后采用有限元仿真分析方法,在各种工况下,对该主反射镜进行了详细的分析,结果均满足光学设计要求.

对于采用背部支撑的空间相机反射镜, 温度变化会造成其支撑孔附近的局部面形精度降低, 形成局部环形缺陷, 从而影响光学系统中对应视场的成像质量。为了提高反射镜的温度适应性, 通过增加支撑结构的柔性, 降低局部连接刚度的方法, 优化设计出一种柔性结构。对反射镜组件进行仿真分析, 结果表明, 在反射镜组件温度降低 4℃的情况下, 优化结构后的反射镜的中间支撑孔附近的局部视场面形的 PV=4.9 nm, RMS=1.0 nm, 与优化前(PV=16.6 nm, RMS=3.5 nm)相比, 精度提高了 3倍; 全局视场面形的 PV=16.3 nm, RMS=3.2 nm, 相比优化前 (PV=30.2 nm, RMS=5.2 nm), 精度也得到提高; 反射镜组件在优化前的 1阶基频为 191 Hz, 优化后的 1阶基频为 183HZ, 数据基本保持不变; 反射镜在重力作用各工况下, 优化结构前后的全局视场面形的 PV值和 RMS值基本保持不变。说明新的柔性支撑结构在保证了反射镜动、静态刚度的前提下, 提高了反射镜的温度适应性, 降低了温度变化对反射镜支撑孔附近局部面形精度的影响, 提高了光学系统局部视场下的成像质量, 达到了提高全视场下成像质量的目的。

目前空间遥感仪器的非球面反射镜一般都是用支撑柔性结构 加背板的支撑结构支撑的。由于支撑结构的质量占有较大比重，需要简化支撑结构的形式，降 低支撑结构的质量。依据三点定位原理和双脚架挠性结构，设计了3个用于简化反射镜支撑结构形式的柔性铰 链结构，并采用有限元软件对设计结果进行了分析。 结果表明，这种支撑结构形式可以适应空间力热环境并能达到精度要求，实现了对大口径非球面反 射镜的支撑。该支撑结构去除了传统结构中的反射镜背板，简化了支撑结构的形 式，减小了支撑结构的质量，降低了组件加工和装配工艺的难度。

在选择空间反射镜的支撑形式时,大口径反射镜一般采用柔性支撑结构加背板的支撑结构;小尺寸反射镜采用周边支撑的结构,但支撑结构质量都较大。为了降低反射镜支撑结构质量,通过对三点定位原理的自由度分析,设计了3个柔性铰链结构,通过柔性铰链的结构参数分析及有限元分析计算,设计出参数为R=1 mm,t=2.5 mm的三点柔性铰链,实现400 mm口径反射镜的周边支撑,并使支撑反射镜的三个铰链直接与相机机身连接,省略了常规反射镜支撑的背板及边框,大大降低支撑结构质量;且该支撑结构具有较好的动态刚度和力、热环境适应能力。