研究了卫星上指向太阳安装的宽视场绝对辐射计在轨飞行中,太阳越顶扫过其视场期间接收的辐射功率随时间的变化,给出了绝对辐射计接收这种时变辐射功率的情况下腔温响应函数.只要绝对辐射计的视场宽到一定程度(≥10°),太阳越过视场的这段时间太阳辐照基本上是恒定的,辐射计的腔温响应也能达到平衡,根据这一腔温响应的平衡点关闭快门进行电功率定标就能获得太阳辐照度值.并将这种测量方法用于神舟3?欧纱嫌?台15°视场太阳辐照绝对辐射计(SIARs),测量了太阳辐照度.实验结果表明:所测数据与同期卫星上获得的数据基本一致,这也表明了本方法的可行性.

给出了回波模拟器的原理及其对卫星高度计的测试和定标方法.通过采用chirp重建技术、全去斜坡技术、海洋回波波谱数字合成技术和高速DSP技术,研制了一台用于卫星高度计测试和定标的全信号海洋回波模拟器,实现了海洋回波信号的全程路径延时模拟和全海况模拟.延时模拟精度为0.2
ns、海洋有效波高模拟精度为0.5 m、后向散射系数模拟精度为1 dB;并将该模拟器用于了卫星高度?迫低车牟馐院投ū?实验结果:有效验证了回波模拟器的原理及其对卫星高度计的测试和定标方法是可行的,也有效验证了一种卫星高度计的动态工作性能.

设计出一种基于棱镜-光栅-棱镜组合分光方式的显微高光谱成像实验系统.系统根据推帚式成像光谱仪的原理进行设计,采用棱镜-光栅-棱镜组合元件在后光学系统进行光谱分光,利用高精度载物台自动装置驱动样品进行推扫成像,选用PCI总线作为数据采集的微机接口.整个系统由显微镜、分光计、面阵CCD相机、载物台自动装置以及数据采集与控制模块等几部分组成.系统的光谱范围从400 nm到800 nm,120个波段,光谱分辨率优于5 nm,空间分辨率大约1 μm.该系统具有直视性、光谱分辨率高、结构紧凑、成本低等优点;不仅能够提供微小物体在可见光范围的单波段显微图像,而且能够获得图像中任一像素的光谱曲线,实现了光谱技术和显微成像技术的结合,成功的将成像光谱技术应用到显微领域,可广泛应用于临床医学、生物学、材料学、微电子学等学科领域.

建立了高精度光谱辐射计量系统,给出了164～300 nm波长间3个光谱辐射标准氘灯光源的比对结果.其中3个光谱辐射标准氘灯光源分别以德国国家物理技术研究院( PTB ) BESSYⅡ同步辐射、英国国家物理实验室( NPL ) Daresburg同步辐射、中国合肥(国家同步辐射实验室)同步辐射为标准标定.实验中采用相互交替的比对顺序、微机控制比对时间以及抛光氘灯端窗等方法有效的消除了系统误差.实验数据分析结果表明:3个光谱辐射标准氘灯光源的相对光谱分布,在各自给定的不确定度范围内相一致,这也间接的验证了各国建立的紫外-真空紫外辐射标准的一致性.实验中比对引进的误差为1.7%.同时也研究了氘灯的光谱辐射特性.

给出了一种改进的软X射线波段的多层膜设计方法.在设计过程中,考虑了反射镜基底和各膜层之间的均方(RMS)粗糙度对反射率的影响;在Stearns提出的散射理论的基础上给?隽舜植诮缑娴氖Ｐ?文中以波长为λ=1.03
nm的软X射线为例进行设计,设计结果表明:要使波长为λ=1.03 nm的多层膜的反射率大于10%,反射镜基底的均方粗糙度不应超过0.6
nm.实验中选择几块表面粗糙度为0.5 nm(RMS)的熔石英平面镜作为基底来制作适用于该波长的、层对数超过70的多层膜.然后在的入射角下测量反射率,测得的值为10%,这与采用本设计方法得到的计算结果一致.该反射镜作为X射线谱仪的分光元件被应用于惯性约束聚变(ICF)的过程诊断中.

研制了一种基于自聚焦超晶格薄膜电光波导调制器.首先给出了自聚焦超晶格薄膜电光特性的测量和器件结构的优化设计,采用测量二次谐波生成值对入射角的依赖关系测定了薄膜的有效电光系数,保证了器件的设计精确有效.利用多层膜传输理论研究了器件电极对光波的最大吸收,并对器件结构进行了优化,获得了最小调制电压.其次给出了所加工的实验模型结构和扫描电子显微镜(SEM)图片,确保了加工质量和设计结果的一致.研究结果表明:这种无需外电场极化处理的新型聚合物薄膜电光调制器加工难度小,并且光学损耗优化到了1.0
dB/cm.

利用薄膜应力公式和弹性力学的小挠度弯曲理论分析了在应力变化情况下,多层薄膜应变与膜厚变化的关系,并建立其数学模型,提出多层薄膜各层厚度变化的不均匀性理论.利用这个模型在应力减小200 MPa条件下对138层4腔的100 GHz滤光片光谱进行了模拟,与设计值比较发现中心波长增加了0.562 nm;0.5 dB处的带宽比设计值减小0.124 nm;25 dB处的带宽比设计值减小0.01 nm;谱线矩形化变差;插损也有明显的增加.说明了应力变化引起?墓庋П∧ず穸缺浠牟痪刃允且鹫庵终缮媛斯馄馄淄嘶闹饕蛑?实验结果为100 GHz的窄带滤光片热处理后中心波长增加0.325 nm;0.5 dB处带宽减少0.01 nm;20 dB处带宽增加0.014 nm;插损增加,谱线通带变形严重,纹波增大,光谱退化了.实验结果与理论分析一致.

基于展开镜结构工作原理,运用有限元方法分析了展开式反射镜单元的裸镜及其支撑方案.目的是确定镜子支撑点数量及排布方式,并具体分析了12-6-1、12-8-1和16-8-1型三种支撑点排布方式,分别计算了各支撑点排布方式下的镜面自重变形.计算结果表明,采用16-8-1型的排布方式较为合理.支撑结构的优化设计是在裸镜支撑点优化位置加入支撑组件综合分析镜坯与支撑组件,以镜面面形误差及结构总体刚度为目标函数,考查、修改支撑组件以保证镜面RMS值在可调节范围(30 μm)内.计算带有支撑组件的单元反射?翟谧灾刈饔孟碌谋湫?得出的镜面RMS值为16.52 nm,小于1/4波长(632.8 nm),表明将该支撑方案应用于单元镜具有可行性.并提高整个反射镜面的面形质量.

给出了制造大口径轻质反射镜坯的机械法减重技术及所制造的反射镜坯.在镜坯制造过程中通过计算机辅助设计搜索轻量化加工区域的形状、大小、深度,并对其进行分类标识;编辑TPH(tool path)轨迹数据文件,编写CNC(computer number control)数控系统的零件加工程序,由数控系统在图形方式下控制实际加工.同时采用化学方法消除加工过程中产生的应力与微小裂纹.加工出的大口径轻质反射镜坯达到设计要求,轻量化率达到65%以上,加工后的非球面面形精度达到0.029 λ(rms,λ=633 nm).制造过程中在不同支撑状态下,变形量很小,保持了非球面面形?任榷ㄐ?显示出了结构的稳定性.该方法已经成为大口径反射镜制造的关键支撑技术.

提出了一种在准分子激光眼屈光手术中过渡区模型的构造方法.首先设计一种修边函数,然后提取光学区边界的切削深度,并将其扩展到整个过渡区,最后通过修边函数和过渡区上扩展切削深度的乘积得到过渡区模型.再将该模型进行计算机仿真研究和临床研究.临床上统计了8名患者16只眼睛接受该模型指导的激光手术情况:术前平均裸眼视力为0.09±0.04,术后第1天平均裸眼视力为1.06±0.24,之后视力逐渐升高,在术后一个月时平均裸眼视力为1.42±0.36,裸眼视力最小值为1.0.仿真结果,特别是临床结果表明:过渡区模型?迪至斯庋敕乔邢髑涔饣教沟毓?采用参数化控制的模型,特别适用于光学区直径和过渡区宽度经常调整的情况,对各种眼屈光不正情况均适用;在光学区直径确定后,过渡区宽度的改变不影响光学区的切削深度;模型有较强的通用性,适用于传统仅矫正屈光不正(近视、远视、散光)的光学区模型,也适用于波前像差引导的激光眼屈光手术.利用过渡区模型可提高手术后患眼的视觉质量.

研究了磁悬浮进给机构在进给运动时的磁力耦合现象.进给机构的磁悬浮系统采用了具有自动归中作用的V型导轨结构,保证了机构进给运动的导向精度,可应用于光刻机等精密光机系统,且满足超净无尘及精密定位要求.通过分析机构磁悬浮系统中电磁铁的磁力分布,给出了耦合磁力的计算公式.分析结果表明:磁悬浮系统在其控制过程中存在着磁力耦合,具体表现为:如果进给运动时平台在水平方向发生偏移,那么左右两侧电磁铁的磁力在水平及水平垂直方向将产生相互耦合作用;而垂直方向的偏移不会引起磁力的耦合.在控制系统中引入补偿器后,可使系统解耦,因产生的耦合磁力很微小,可以忽略不记.

利用椭圆从一个焦点发射出的光线经椭圆面反射必汇聚于另一焦点的性质,设计了基于620～6200 eV的X射线椭圆弯晶谱仪.文中分析了系统原理,完成了谱仪光学色散系统、探测系统及仪器的研制.采用KAP、LiF、PET、MiCa作为色散元件,其2d值在0.4～2.6 nm、Bragg角为30°～67.5°,晶体尺寸为120×8×0.2 mm,偏心率为0.958 6,焦距1 350 mm,光程长1 456 mm,分析器基底材料用数控铣床加工.实验在上海"神光Ⅱ"号装置上实施,激光能量为150 J,波长为0.35 mm,真空度为3×10-3 Pa.为达到光学对准,采用了小点光源以及精密望远镜对中.实验结果显示出金靶在0.63～0.79 nm范围,其分辨力(△λ/λ)达到了1/486.谱的分辨力还与晶体特征和激光靶源尺寸有关.谱仪性能良好、使用方便、简单,具有高的收集效率和分辨能力,能够有效获取激光惯性约束聚变中激光等离子体发射光谱的丰富信息.

针对相贯线焊缝难以检测的问题,提出了一种新型的管道插接相贯线焊缝扫查机器人系统,通过管道夹紧装置使得机器人可附着于支管上作360°圆周运动,特别是通过冗余关节的设计实现了机器人末端探测器要求的空间相贯线扫查轨迹.该系统可实现两种管道扫查方式:一种是沿不同的扫查半径做360°周向扫查;另一种方式是沿径向呈"Z"字形进行扫查.可实现支管直径为100～400 mm,被扫管道直径为600～1 000 mm范围内的相贯线焊缝扫查.系统设计分析和控制运行结果表明:扫查的周向步进精度≤0.2 mm/m,径向步进精度≤0.5 mm/m,轴向步进精度≤1 mm/mm.

提出了用于提高X射线光刻对准系统自动对准效率和对准精度的图像边缘增强技术,并进行了数值分析.采用先单个再整体的分析方法,通过三种不同的图像边缘增强技术,即索贝尔(SOBEL)算子、拉普拉斯(LAPLAC)算子以及卷积等方法对CCD系统采集的对准标记图像进行处理,得到了每个方法相对应的处理结果,并对于处理结果进行了比较分析.分析比较得出:采用卷积和LAPLAC算子相结合的方法,即先卷积,再利用7个算子的LAPLAC方法进行处理,可以将对准系统的自动对准效率提高约50%,使得自动对准时间由原来的20 min缩短到10 min左右;系统对准精度的方差可由0.10 μm提高至0.08 μm.

根据Torok的光在多层介质中传播的理论,模拟了在折射率失配情况下点扩展函数的强度分布.在介质折射率为1.48,多种物镜数值孔径NA=0.25、0.45、0.65、0.85条件下,分析了信息点轴向尺寸及读出信号强度变化趋势.选取合适的光学参数(如物镜的数值孔径NA=0.45,存储介质的折射率1.48),能够使信息点在深度200 μm内轴向尺寸变化率小于4%,信号读出强度变化率小于30%,提高了存储效果.对选取各种物镜和介质折射率的情况下信息点的变化趋势分析表??折射率失配使信息点横向尺寸随深度变化不大,而轴向尺寸及信号读出强度产生较大的变化,变化的程度与物镜NA、介质的折射率及存储深度密切相关.采用与模拟时相同的光学参数,在光致变色材料中进行了双光子三维存储实验.通过观察信息点的轴向及横向扫描图像和信号的读出强度,证实了这种变化趋势.实验结果为双光子三维存储提供了参考依据.

提出了采用调制度阈值分割技术进行物体轮廓有效测量区域自动识别的一种新方法,克服了投射条纹三维测量技术中由于阴影、条纹断裂、局部镜面反射、暗背景、采样不足以及外来的噪声等因素,使得被测物体表面存在无效测量区域(相位数据不可靠区域)的问题.采用了时域相位去包裹技术,保证了无效区域的相位数据不会影响到有效测量区域的相位数据.与有效测量区域相比,无效区域的调制度明显较低,对调制度直方图进行分析,借鉴图像分割的思想,采用了迭代算法自动求解最佳阈值,辨识物体轮廓测量的有效测量区域和无效测量区域,实现了单视角测量的自动化过程.车灯反射体测量实验证明了这种方法的优越性和可靠性.

提出了一种提高摄像机标定精度的方法.通过摄像机径向畸变模型,建立根据畸变严重程度自动改变区域划分数目的方法,对远离图像中心畸变程度严重的区域,划分细密;而靠近图像中心畸变轻微的区域,划分粗疏.通过对摄像机径向畸变区域进行划分,并且对每个畸变区域的像素进行单独的处理,构造相应的神经网络,得到整个畸变区域的处理结果,并对于不同的划分结果进行比较分析.分析比较得出:采用可变精度的神经网络摄像机标定法,可以大幅度提高标定的精度,划分数目越多,标定的精度越高,实验中识别率最高可达到99.45%.