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
提高光机结构的温度适应性对空间相机降低热控难度、提升系统稳定性具有重要意义。根据统一材料结构可以消除系统热差的原理，选用铝合金材料对某可见光波段空间相机的光机结构进行了设计，并完成了实际工况下的工程分析，达到了在 20℃±15℃均匀温度变化与不同方向重力耦合状态下，像质均满足 MTF(modulation transfer function)在 71.4 lp/mm处大于 0.3的成像指标。采取常用的不同材料搭配方案进行对比分析，相同工况的全铝结构稳定性远优于不同材料方案，验证了统一材料的光机结构在温度适应性方面的优势。
空间相机 光机结构设计 温度适应性 全铝结构 光机集成分析 space camera, optical machine structure design, te
1 陆军装备部驻沈阳地区军代局 驻长春地区军代室，吉林 长春 130000
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
为了在温度变化条件下对光电成像系统进行像质检测与评价，设计一种具有温度自适应功能的光学窗口。分析了温度变化对光学玻璃面形的影响，进行光学窗口的温度适应性光机结构设计，通过有限元分析与实测实验相结合的方法分析了温度变化对光学窗口面形的影响，验证了温度适应性设计的有效性。实验结果表明：常温20 ℃条件下，光学窗口波像差的PV值和RMS值分别为82.90 nm和6.96 nm；高温50 ℃条件下，波像差的PV值和RMS值分别为136.68 nm和14.55 nm；低温−40 ℃条件下，波像差的PV值和RMS值分别为183.51 nm和28.48 nm；高、低温环境下光学窗口的波像差与常温环境下结果对比的数值变化趋势与有限元分析结果具有较好的吻合性；在3种温度条件下光学窗口波像差的PV值均小于或接近（1/4）λ，且由于温度变化引起的光学窗口面形变化很小，设计的光学窗口具有较好的温度适应性。
光学窗口 温度适应性 波像差 设计 实验 optical window temperature adaptability wave aberration design experiment
1 军械工程学院电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 武器测试中心, 陕西 华阴 714200
级联晶体能有效扩展倍频器件的温度适用范围。在考虑空气色散的基础上推导出了级联晶体倍频过程中的能量转换效率公式。根据该公式, 通过仿真计算出了级联两KTiOPO4晶体倍频1064 nm激光时转换效率随温度变化的特性, 并进行了实验验证。实验结果表明：级联晶体中倍频光能量随晶体间距呈余弦分布, 空气色散引起的相位失配量为2π的整数倍时, 级联晶体的倍频温度特性最佳, 最大转换效率可达47.9%, 比单个KTP晶体倍频时的最高效率高12.9%, 温度半宽度可达78 ℃, 是单个KTP晶体倍频温度半宽度的两倍。提出的理论分析能合理解释级联晶体倍频过程中的实验现象, 有助于提高倍频激光的温度稳定性。
非线性光学 非线性频率变换 级联晶体 温度适应性 空气色散
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
主反射镜的面形精度对空间相机的成像质量至关重要。为保证 空间相机在宽温度范围(20±10℃)内的成像质量，设计了一种柔性支撑结构。首先，选择碳化硅(SiC) 作为反射镜材料，并对主反射镜镜体进行了背部半封闭式轻量化处理。其次，针对这个孔径为550 mm的圆 形主镜组件在20±10℃温度范围内的使用环境，设计了一种柔性铰链结构。利用Matlab软件优化了支撑结构参 数，使得支撑柔性结构在受到温度载荷时沿着径向具有足够的柔性，并可吸收变形和降低反射镜应 力。通过有限元分析可以看出，该支撑结构的一阶频率达到267 Hz，远高于机身组件的固有频率，因此可保 证主镜组件不遭到破坏。而且在重力耦合10℃温度载荷时，反射镜的面形误差(RMS值)也满足光学 系统优于λ/40的要求。
主反射镜 柔性支撑 模态分析 温度适应性 primary mirror flexible support mode analysis temperature adaptability
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
地球静止轨道凝视成像技术是航天遥感领域的重要研究内容.为了实现静轨对地不间断观测的目的,设计了一套覆盖地球全圆盘的大视场中波红外凝视成像光学系统.通过光焦度分配、光线高度控制和冷阑匹配,实现了大视场二次成像光学结构;根据现有面型检测水平,合理分配非球面,解决了多重像差问题.结合实际装调工艺,对温度适应性情况进行讨论.设计得到的光学系统视场达到 18°×18°,角分辨率为 72 .rad.设计结果表明,各个视场的 MTF在奈奎斯特频率处( 16.7 lp/mm)均大于 0.7,像元尺寸内能量集中度大于 83%,冷阑效率大于 98%.该系统有望在静止轨道红外探测相机、高灵敏度天文卫星等领域实现重要应用价值.
静止轨道 凝视成像 中波红外 大视场 光学设计 温度适应性 geostationary orbit staring imaging MWIR wide FOV optical design temperature adaptability
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
主镜是空间相机的主要成像部件, 其面形误差和位置误差将会决定成像质量。 设计了一种孔径为Φ660 mm的圆形主镜组件。通过对比6点定位原理实现反射镜体的全约束, 并经三点在背 部支撑主镜, 其中每点均为多层柔性结构。合理分配每点支撑的自由度及刚度, 同时卸载温度变化时 由于材料的线胀系数不同而传递到反射镜上的应力, 使反射镜变形均匀。有限元分析结果表 明, 本文设计的主镜组件的面形误差RMS值达到1/50λ (λ=632.8 nm), 一阶模态达到249 Hz, 并具有良 好的动态刚度。
空间相机 主镜 温度适应性 有限元分析 space camera primary mirror temperature adaptability FEM analysis
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
考虑温度适应性是大口径反射镜组件设计过程中的重要因素，本文研究了温度影响空间相机大口径反射镜组件的机理，讨论了进行温度适应性分析与试验的必要性。结合其设计流程，总结了大口径反射镜组件温度适应性分析的方法。采用有限元方法，建立了研究对象的物理模型，进行了结构-热耦合的优化设计，确定了最终设计状态。对优化设计结果进行了在轨状态及地面检测状态的温度适应性分析。结果显示：在轨工作状态下的温度适应范围为±4 ℃，温差适应范围为X向5 ℃、Y向4 ℃、Z向7 ℃;地面检测试验状态温度适应范围为±3 ℃，温差适应范围为X向4 ℃、Y向3 ℃、Z向4 ℃。在实验室进行了组件均匀温变的温度适应性试验，并与相应分析结果进行对比，结果表明：±5 ℃内PV值误差优于4%，RMS值误差优于7%。
空间相机 大口径反射镜 热弹理论 温度适应性 space camera large aperture mirror thermal-elastic theory temperature adaptation 光学 精密工程
2013, 21(12): 3169
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
对遥感相机成像电子学系统进行了温度适应性设计，以使其在温度大范围变化时或电路存在局部温差时均能实现高质量成像。分析了成像链路中的温度延时因素，提出了温度适应性设计方案和相关双采样(CDS)位置的初始精密对准方法，并进行了实验验证。该方法将CCD驱动器的输出经分压整形处理后作为双采样信号的时序基准，从而使双采样信号具备自适应跟踪能力；利用RC电路低通滤波特性对双采样初始位置进行精密对准，最后，在-35~75 ℃对改进后的遥感相机成像电子学系统进行了高低温实验。结果表明：双采样初始位置的延时调节精度达到了0.15 ns；在实验温度范围内，双采样偏离理想位置的延时最大值仅为0.72 ns,相机成像质量达到指标要求，满足空间应用需要。
高分辨力遥感相机 成像系统 温度适应性 相关双采样 high resolution remote sensing camera imaging system temperature adaptability Correlated Double Sampling (CDS) 光学 精密工程
2011, 19(11): 2800
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,研究生院,北京,100039
提出了空间遥感器温度场的描述方法,建立了某空间遥感器光学镜头的热光学分析模型,计算得到了该空间光学遥感器温度水平和温差要求的热控指标.在对遥感器在轨运行热载荷状态进行假定描述的基础上,用有限元方法进行了温度场及热弹性变形分析,得出假定温度载荷作用下光学遥感器各光学表面的变形量及刚体位移量.利用Zernike多项式进行波前差拟合,得到Zernike多项式系数,代入光学系统,利用CODEV光学计算软件计算热载荷作用下光学镜头的传递函数(MTF).通过迭代,得到光学系统满足传递函数指标＞0.4要求的各温度场临界值,完成了从光学指标到热控指标的转换,避免了热控设计的过设计或设计不足, 可以在设计方案阶段作为遥感器结构的热适应性设计的参考,同时为制定合理的热控设计指标提供数据依据.
空间遥感器 温度适应性 热控 CAE
1 西安应用光学研究所，西安 710065
2 总参陆航部驻西安地区军事代表室，西安 710065
通过高低温湿热交变试验箱模拟外界温度环境，利用OTDR和CD300色散仪监测光纤传输性能随温度的变化情况，对相同工艺生产的同类型的不同批次的单模光纤进行温度循环试验。试验表明：在－60C～140C宽温度范围内，光纤的传输性能均随温度发生波动——在1310nm和1550nm波长处光纤温度附加衰减不超过0．05dB／km；在1550nm处光纤的色散系数随温度升高而降低；PMD随温度的升高有所增加。在该试验的基础上，利用质量管理中的“3σ”控制原理，以现有通信系统标准作为判据，讨论了温度变化时光纤传输性能对通信系统的适应性，推断出在－60C～140C温度范围，G．652光纤的衰减、色散和PMD性能均满足10Gbit／s以下的通信系统使用；对于高于10Gbit／s的高速通信系统，应采用适当的措施，尽可能减小拉丝过程中光纤的PMD，这样才能保证PMD指标完全满足高速通信系统要求。
光纤温度适应性 温度循环试验 偏振模色散(PMD) 光纤色散 温度时延漂移 高速光通信 optical fiber temperature adaptability temperature cycling test PMD optical fiber chromatic dispersion temperature delay shift high-speed optical communication
