中国科学院环境光学与技术重点实验室, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
近年来, 激光诱导击穿广谱技术发展迅速。作为一种用于物质成分探测的新技术, 它具有简单、快速、无需复杂样品制备、多种元素同时检测等优点, 可实现待测样品物质成分现场、在线的检测, 在很多领域都极具应用前景。激光诱导击穿光谱特征谱线的分离拟合提取是光谱特征识别与后续元素浓度定量反演研究的基础。为实现激光诱导击穿光谱重叠特征谱线的有效分离拟合提取, 采用阻尼最小二乘法, 分析并确定了迭代前的初始拟合参数值, 实现了在重叠特征谱线情况下对某火力发电厂粉煤灰中的铬元素特征谱线的分离提取。阻尼最小二乘法基于高斯-牛顿迭代, 在迭代步长中引入阻尼因子, 在迭代的过程中根据每一步迭代后所反馈的信息动态的调整迭代步长, 从而有效防止了迭代的发散, 保证了迭代的快速收敛, 最终使得元素特征谱线拟合提取的效果更佳、所得到的特征谱线强度值更准确。分别采用阻尼最小二乘法和最小二乘法对不同浓度的样品中铬元素特征谱线进行分离拟合提取并给出特征谱线的强度值, 作出特征谱线强度值关于元素浓度的定标曲线并对比两种方法所得结果的线性相关性。结果表明, 阻尼最小二乘法所得结果的线性相关性更高, 该方法稳定、可靠, 适用于激光诱导击穿光谱重叠特征谱线的分离拟合提取。
激光诱导击穿光谱 阻尼最小二乘法 特征光谱分离提取 LIBS DLS Characteristic spectral lines separation and extra
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
采用12个主动支撑点对口径400mm薄实验镜进行面形主动校正，使用Zygo干涉仪测量面形误差，主动支撑点的力促动器由位移促动器和力传感器组成。分别测量单个促动器的响应函数，由各促动器的响应函数组成刚度矩阵，然后用阻尼最小二乘法计算各支撑点的校正力。实验中分析主动支撑结构对各项Zernike形式像差的校正能力，并选择了7项像差进行校正。经过5次校正，使初始状态下1.16λ(λ=0.6328μm)RMS面形精度达到0.13RMS，接近镜面抛光后的精度。
主动校正 阻尼最小二乘法 Zernike多项式 active correction damp least square method Zernike polynomial
中国科学院安徽光学精密机械研究所晶体材料研究室, 安徽 合肥 230031
最小二乘法是求解精确晶格参数的基本方法。讨论了使用和不使用校正函数情形下的科恩最小二乘法，给出了所有晶系的法方程、晶格参数、误差估计的计算公式， 以及计算晶格参数、校正函数参数的阻尼最小二乘迭代算法，该方法具有普适性，有大的收敛范围和快的收敛速度。作为应用例子，计算了数个不同晶系晶体的晶格参数， 说明最小二乘法是获得高精度晶格参数的计算方法;用阻尼最小二乘法计算了ChuG校正函数的参数，表明该方法是获得校正函数参数的有效方法。
材料 晶格参数 科恩最小二乘法 法方程 衍射角校正函数 阻尼最小二乘法 materials lattice parameter Cohen’s least square method normal equation corrective function of diffraction angle Levenberg-Marquardt method
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
采用400 mm口径,12 mm厚的球面反射镜进行了主动光学实验。实验镜支撑结构由背部12个主动支撑点和3个固定支撑点组成。主动支撑点用压电陶瓷促动器和压力传感器组成力促动器,用于控制实验镜面形;固定支撑点用于控制实验镜的定位。实验中通过干涉仪测试镜面面形。分别测量出反射镜在单独一个促动器施加单位作用力前后的镜面面形,求出这两个面形之差得到该促动器的响应函数,由各促动器的响应函数组成刚度矩阵,然后用阻尼最小二乘法计算各支撑点的校正力。最后,通过PID算法闭环控制各促动器施加力的过程。经过3次校正,将初始状态的1.22λRMS的面形误差校正到0.12λRMS,接近了镜面加工的0.1λRMS面形精度,说明所采用的主动校正算法和过程正确可行。
望远镜 反射镜 主动光学 主动支撑 促动器 阻尼最小二乘法 telescope mirror active optics active support actuator damp least square method
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033；中国科学院研究生院，北京 100039
用口径400 mm、厚12 mm 的薄反射镜作为实验镜进行了主动光学实验。支撑系统由背部12 个主动支撑点和3 个固定支撑点组成，主动支撑点采用由压电陶瓷促动器和压力传感器组成的力促动器，用于控制实验镜面形，固定支撑点用于控制实验镜的定位。通过Shack-Harmann 波前传感器测量镜面面形并拟合出Zernike 像差，用阻尼最小二乘法计算出校正力，通过PID 算法闭环控制各促动器施加力的过程。通过主动校正，将初始支撑状态下的1.16λ (λ=632.8 nm) RMS 面形精度校正到0.07λ RMS，优于镜面抛光后的0.1λ RMS
主动光学 Shack-Harmann 波前传感器 力促动器 阻尼最小二乘法 active optics Shack-Hartmann wavefront sensor force actuator damp least square method
1 北京航天航空大学,北京,100083
2 中国科学院电工研究所,北京,100080
在不同束流和能量下对离子光柱体进行了优化设计.给出了用阻尼最小二乘法设计的单个透镜和透镜系统,并研究了像平面处的离子束性能.采用先分解再组合的方法确定单个透镜参数,并以大束流、无限大放大倍数下像差系数与焦距的比为优化目标.选取工作模式时综合考虑了系统的光学性能和可实现性,大束流下采用平行模式,小束流下采用交叉模式,设计的透镜系统在大、小束流下分别选轴上像差和放大倍数为优化目标.计算表明,2 nA束流下像差为16.33 nm,放大倍数为-0.539 095 5,束斑直径为31.52 nm;2.5 pA束流下像差为2.15 nm,放大倍数为0.084 359 9,束斑直径为4.73 nm.此离子光柱体能够获得纳米量级的离子束,并且只需调整第二透镜第二、第三电极之间的距离以及第二电极电位(对源)就能改变样品处的束能,增加了光柱体的应用范围,实现了一套系统内同时具有刻蚀、沉积、注入和离子成像等功能.
聚焦离子束 静电透镜 阻尼最小二乘法 工作模式 束流密度分布
1 北京理工大学光电工程系,北京,100081
2 北京华瑞通科技有限公司,北京,100081
研究了自由曲面反射式照明系统的设计理论和方法.根据反射器的尺寸、位置以及配光要求按点光源设计得到曲面型值点初始坐标后,将双三次B样条曲面引入照明系统的设计,反算出控制顶点.给出了空间任意一条入射光线与反射器区块的交点及其曲面法线向量的求法, 为了提高光路追迹的效率,针对多曲面反射体给出了一种快速判断相交区块的算法.探讨了用阻尼最小二乘法对B样条曲面反射器进行优化设计的方法,通过优化运算修正控制顶点Z轴坐标,使得曲面在使用扩展光源时光形分布尽可能满足设计要求.
应用光学 自由曲面反射器 计算机辅助设计 均匀B样条曲面 光线追迹 控制顶点 阻尼最小二乘法
1 北京理工大学光电工程系,北京 100081
2 日本东京工艺大学光学工程系,日本东京
逃逸函数法是目前最为实用的光学系统全局优化算法之一。这种全局优化的运行由多个不加或加入逃逸函数的阻尼最小二乘法局部优化组成。探讨了提高其优化效率的方法，提出了两个搜索机制以便提高各个局部优化的效率。首先搜索最佳阻尼因子，从而确定多维结构变量空间中解向量的最优方向；再沿该方向搜索解向量的最优长度。此外，用实验方法确定了逃逸函数的控制参数的最佳缺省值。在此基础上成功地研制了实用化的复杂光学系统全局优化程序。
复杂光学系统 全局优化 逃逸函数 阻尼最小二乘法 阻尼因子 解向量
