基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘，能够在PZT驱动器的作用下改变面形，用于中小口径非球面镜加工。研制了一个口径100 mm、含19个PZT驱动器的非球面能动抛光盘，用于口径为350 mm、k＝－1.112 155、顶点半径为840 mm的双曲面镜的加工实验。为研究PZT压电陶瓷驱动器迟滞效应对非球面能动抛光盘输出面形的影响，实测各PZT压电陶瓷驱动器的电压位移特性曲线，用基于径向基函数的神经网络算法建立了各PZT压电陶瓷驱动器位移输出特性的数学模型并实施补偿，实测了各PZT压电陶瓷驱动器迟滞补偿前后的位移输出值。最后，利用有限元分析方法，得到了迟滞补偿前后非球面能动抛光盘的输出面形RMS以及剩余残差RMS分别为1.910 μm和0.342 μm。通过补偿各PZT压电陶瓷驱动器的迟滞效应，非球面能动抛光盘输出面形精度得到了提高，剩余残差RMS减少了82%。

通过对比国内外大口径望远镜光学系统的发展和研究现状,提出针对大口径望远镜系统的加工、装调和使用建立误差分配体系的方案。介绍了误差分配体系包含的内容,并对其进行归类。以1.2 m望远镜光学系统为例,阐述了误差分配原则。首先,根据设计确定总体误差标准,然后,计算误差分配的项数,最后,依据分配原则,结合实际加工和装调水平,给出了合理的误差分配结果。结果表明,在满足目前国内加工要求和装配的条件下,该方案使分配后该望远镜光学系统误差(RMS波像差)＜λ/8.5,为大口径望远镜光学系统的误差分配提供了有力的依据。

建立了悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维新型压电弯曲驱动器的理论模型。根据第一类压电方程,推导出自由端位移、夹持力和弯曲共振频率的解析表达式,分析了金属芯性能和半径对这3个参数的影响,并把理论计算结果和有限元分析结果进行了比较。实验结果表明,悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维弯曲驱动器的自由端位移可达589 μm,夹持力可达427 μN,一阶弯曲共振频率为28 Hz,有限元分析结果和理论值基本吻合,说明这种驱动器有较大的端部位移、较小的夹持力和较低的弯曲共振频率。

根据作者早期研究中提出的一种新型功能梯度驱动器,设计并制备了该驱动器,建立了理论模型,并对驱动器的性能进行了测试。这种新型功能梯度驱动器由4种基于Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3系列的材料复合而成,且4层材料的压电常数和介电常数在厚度方向上的梯度变化相反,这种梯度结构能使驱动器结构内部的应力分布优于传统弯曲驱动器。为了对驱动器进行优化设计,利用经典复合材料力学和压电方程建立了功能梯度压电驱动器的理论模型,并计算了不同厚度配比的驱动器受电压和自由端集中力单独作用时的准静态变形和应力分布,通过分析驱动器的内部应力,确定了各层最优厚度配比为1∶1∶1∶1。根据优化结果成功制备了功能梯度压电驱动器,并测量了驱动器自由端输出位移与输出力的关系。测量结果表明,功能梯度压电弯曲驱动器的输出位移和输出力呈线性关系,并且频率越低,输出位移和力就越大。

基于压电元件的主动振动控制不仅需要复杂的信号处理系统,而且需要庞大的能量供给系统;被动控制中电感和电阻参数对环境变化适应能力差,而且低频控制时需要很大的电感,不容易实现。为了克服主被动控制存在的缺点,提出了一种基于同步开关阻尼技术的半主动振动控制的新方法。利用TMS320F2812处理器,通过合理的开关控制算法,使埋入复合材料悬臂梁约束端的压电元件上的电压极性在适当的时候进行翻转,使其电压始终与应变反相,从而达到振动控制的效果。实验结果表明,该方法可以使悬臂梁一阶振动模态减小3.164 1 dB。

为了制备高性能无铅压电陶瓷,采用固相合成法和水热法合成了(K_xNa_1-x)NbO₃ (KNN)无铅压电陶瓷粉体。利用压制成型法在不同压力下成型,对不同粉体的烧结性能进行了对比,研究了粘结剂(PVA)添加量和陶瓷密度之间的关系,测量了用不同电压极化后陶瓷的压电特性,以及介电常数与温度之间的关系。结果表明:与固相合成法相比,水热合成的粉体有更好的烧结性,添加K会降低陶瓷的烧结性,陶瓷的密度对烧结温度非常敏感。1050 ℃保温2 h得到的K_0.5Na_0.5NbO₃陶瓷具有较高的压电常数d33 (90 pC/N),该陶瓷的居里温度为410 ℃。

从避免芯片操作机器人与外界环境碰撞的角度进行了安全性设计研究。设计了一种能够感知碰撞发生信号,基于继电器和电磁制动器实现机器人保护的碰撞保护装置,计算分析了本装置对芯片操作机器人定位精度的影响。实验表明,此装置能够精密控制前冲惯性位移＜1 mm,适应性强,不影响操作机器人定位精度,有利于提高微流控芯片自动化制造系统的安全性和自动化水平。

提出了一种基于空间双光路结构的红外CO2气体传感器。阐述了传感器光学探头的结构和工作原理,并给出了气室的几何形状和相应的尺寸参数。以朗伯-比尔定律为理论依据,结合空间双光路结构的工作机理,以及红外光源周期性开关的工作方式,推导出了该传感器的线性测量模型,并采用最小二乘法对建立的测量模型进行标定。在静态下对该传感器的传感特性进行了测试,测试结果表明:在0~3%的测量范围内,该传感器的实验值与真实值符合较好,其精度为0.024 2%;系统运行良好,可无故障连续在线测量30 d以上。该传感器能有效消除温度信号和背景光信号的干扰,能够在5~40 ℃的温度内、不同杂光背景下正常工作,基本满足CO2气体浓度测量的功耗低、精度高、稳定性好等要求。

提出一种利用压电叠堆泵驱动的新型直线马达(简称压电液压马达),介绍了其系统构成及工作原理,并进行了理论及试验研究。理论分析结果表明,压电液压马达的性能是由压电振子／泵腔／截止阀／液压缸的结构尺寸、负载及工作频率等多种要素共同决定的,只有当相关要素合理配置时才能实现压电液压马达的预期功能。在其他参数确定的情况下,当负载为其最大驱动力的二分之一时输出功率和能量最大。利用尺寸为4 mm×4 mm×80 mm的压电叠堆制作了腔体直径为30 mm的压电泵,并对其直接输送流体及驱动液压缸时的流量、压力及功率等性能进行了测试与对比分析。结果表明,采用直径为15 mm的液压缸时,压电液压马达的最大速度、推力及功率分别为12.5 mm/s、32 N和93 mW。

为了抑制磁悬浮飞轮的振动,分析了磁悬浮飞轮的振动源。针对磁悬浮飞轮最主要的振动源－不平衡振动,给出了一种基于TMS320C6713B＋FPGA数字控制器的磁悬浮飞轮主动振动控制实现方案。介绍了所采用的主动振动控制方法、数字控制器的硬件组成和功能原理,并讨论了DSP中主动振动控制算法的实现和FPGA中多任务管理及外设控制等。实验结果显示,采用本方法进行主动振动控制后,磁悬浮飞轮的不平衡振动衰减至3.2％,表明本实现方案对飞轮转子不平衡振动取得了很好的抑制效果,对于增加磁悬浮飞轮姿态控制的稳定性,提高对地观测分辨率具有重要意义与应用价值。

采用宏/微结合双驱动的少自由度并联进给结构,给出了一种光栅拼接装置设计算法。宏动部分是5PTS-1PPS型并联机构,采用步进电机驱动滚珠丝杠形式的进给机构;微动部分是5TSP-1PPS型并联机构,采用压电陶瓷驱动柔性铰链形式的进给机构;二者串联构成光栅拼接机构。计算了宏动部分和微动部分的并联机构自由度,利用并联机构运动学的逆解推导出该装置的控制算法,并根据控制算法进行了宏动、微动机构点位控制的运动学仿真。为了提高机构的定位精度,分析了机构的系统误差并提出了误差修正方法。最后,将以上算法应用到光栅拼接装置中。实验结果表明:宏动部分最大移动定位误差为3.6 μm,最大转动定位误差为4.4 μrad;微动部分最大移动定位误差为0.06 μm,最大转动定位误差为1.2 μrad;基本满足光栅拼接系统的精度要求。

为了获得平滑的硅湿法腐蚀表面,在硅湿法腐蚀中引入超声技术。对超声湿法腐蚀系统进行了改进,以确保腐蚀溶液的顶部和底部温差在0.5 ℃之内。采用60 ℃,10 %质量分数的KOH溶液,在超声频率为59 kHz,超声功率为60～180 W(间隔10 W)条件下对(100)硅片进行湿法腐蚀。最后,运用激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)对腐蚀后硅片表面粗糙度进行测量,并探讨超声参数的选择对腐蚀表面质量的影响。实验结果表明:超声功率在120 W时,可以获得平滑的腐蚀表面,表面粗糙度Rq值为0.020 μm。在湿法腐蚀系统中采用超声技术,可以明显改善腐蚀表面质量,在较低温度和较低浓度的KOH溶液中,选择合适的超声参数可获得高品质的腐蚀表面。

为了得到侦察目标的大地坐标以及引导载机捕捉已知目标,提出了机载GPS测量定位方法。应用GPS技术,获取载机及已知目标的位置信息,利用齐次坐标转换方法进行定位引导过程的坐标转换,从而得到目标定位引导数据。通过实验对机载GPS测量定位方法进行了检验。实验结果表明:定位精度达到了30 m,引导精度为2°。用蒙特卡洛法对实验误差进行了分析并得到了精度误差范围,其结果在期望的误差范围内,表明机载GPS测量定位技术具有一定的实用和推广价值。

为了进一步提高虹膜识别的准确性,提出了一种基于相位一致性最大响应方向的虹膜识别方法。该方法对人眼图像进行图像预处理,得到归一化的虹膜图像;然后,提取像素对于相位一致性的最大响应方向作为可区分性特征,并将最大响应方向的序号编码为简单易处理的二进制虹膜代码;最后,通过计算两个虹膜代码之间的加权汉明距离衡量二者的差异,并给出识别结果。实验结果表明,该方法的等错率为0.871 5%,正确识别率为99.851 8%。与经典的虹膜识别方法相比,该方法具有更高的识别准确性。

为了解决目标跟踪中运动模型复杂,运动场景多变的情况,提出了一种多模式融合的目标跟踪算法。该算法选取目前广泛应用的mean-shift和粒子滤波算法分别跟踪目标,得到当前目标位置的候选值,并采用加权合成参考函数建立参考模板。然后,以侯选目标位置差异和参考模板为标准,确定目标的正确位置。最后,根据当前帧目标模板和参考模板的距离来决定是否更新模板。实验仿真结果表明,与单一的目标跟踪算法相比,本文算法的平均跟踪误差减小了一倍以上。假如参考模板更新错误,下一帧中仍能以67%的概率正确跟踪目标,连续3次模板更新之后,误更新的模板对目标跟踪的影响可以降低到10%以下,有效地降低了模板更新引起的跟踪错误和跟踪不稳定。

提出了一种自主预测视场内未知恒星星像质心算法。该算法采用星跟踪算法来提取视场内已知恒星星像坐标。根据已知恒星信息从主星表中搜索视场内所有未知恒星,并采用这些信息预测所有未知恒星的理想像平面中心,从以这些预测的理想坐标为中心的范围内提取相应的实际星像坐标。同时采用已知恒星来验证未知恒星星像坐标。最后,对该算法进行了外场观星测试。实验结果表明:该方法提取未知恒星星像坐标时,扫描星图的像元只有局部提取星像算法的0.12%,所以进一步提高了数据更新率。

介绍了航空侦察相机帘幕式快门的工作原理,分析了胶片感光特性曲线与分辨率的关系。从胶片感光特性曲线确定了使胶片获得高分辨率的最佳曝光量,并由感光材料的性能参数推导出最佳曝光量的表达式。最后,由快门有效曝光时间的表达式计算出能够获得最佳曝光量的快门帘缝宽度的表达式。对EK3412胶片进行了测绘,显影速度分别为10、15、20和25 frames/min时的最佳曝光量分别为0.073、0.098、0.116和0.136 lx·s。飞行实验验证,所获得的照片分辨率可以提高10％~20％,接近理论分辨率130 lpm。将曝光量控制在感光特性曲线直线段的中点,可以显著提高照片的分辨率,满足图像判读要求。

为了研究谱线弯曲对棱镜色散成像光谱仪光谱辐射信号采集的影响,结合复合棱镜的色散特性,在可见近红外光谱区(400～1 000 nm)内,分析了当光谱偏离量为0.01、0.1和0.5d(d为探测器像元尺寸)时系统采集到的辐射信号与没有谱线弯曲情况下采集到的辐射信号的偏差,以衡量谱线弯曲下系统辐射测量的变化。实验结果表明:谱线弯曲引起的探测器上的光谱偏离会导致系统辐射信号采集发生变化。与没有谱线弯曲的情况相比,采集到的景物辐射信号在大气吸收带的边缘出现明显的偏差,且信号的差值随光谱偏离量的增大而增大;当光谱分辨率提高时,一些较弱的吸收峰附近也会出现明显的信号偏差。对于光谱分辨率平均为10 nm的成像光谱仪,谱线弯曲引起的光谱偏离量应控制在0.3 nm以内。

为了在摄像机平台不稳的情况下获取稳定的图像序列,实现基于电子稳像的目标跟踪,对摄像机主动扫描运动与随机抖动分离方法进行了研究,提出了用均值偏移和粒子滤波结合的运动滤波算法(MSPF)来实现运动分离。算法通过粒子滤波预测粒子,然后利用单次均值偏移迭代移动粒子,使粒子更接近于目标真实位置区域,削弱了计算结果精度对粒子数的依赖。对于现实中的复杂背景,利用MSPF算法分离摄像机的主动扫描运动和随机抖动,采用运动补偿图像差分法检测出运动目标,从而实现图像的稳定跟踪。实验结果表明,MSPF算法使用50%的粒子就能起到传统粒子滤波算法同样的效果,缩短了计算时间,有利于实现实时稳像跟踪,适用于车载、船载、机载等稳定跟踪系统中。

结合数码相机图像采集特性和人眼视觉误差,讨论了彩色图像预处理过程。通过分析彩色图像的数据格式,将八叉树量化方法用于彩色图像的颜色信息量化,并采用矢量中值滤波消除彩色图像噪声,以实现对彩色图像的合理预处理。结合实验讨论分析了矢量中值滤波法的滤波器窗口参数,并结合颜色信息相似度理论提出了彩色图像预处理效果的评价方法。实验获得了合理的颜色量化方法和滤波器窗口参数,处理得到的图像最大色差变化控制在3个CIELAB色差单位。结果表明,用八叉树结构量化和矢量中值滤波对数码相机采集到的彩色图像进行预处理可达到较理想的效果。

为了解决机载环境下交流B 码信号中的噪声和畸变问题,提高解码的精度和稳定性,设计了中心频率在1 kHz的带通滤波器对IRIG-B码信号进行滤波;然后,针对滤波后所引入的相位差设计了一个数字补偿电路,对1 PPS信号进行相位校准,消除相位误差。实验结果表明:滤波有效地抑制了信号中的噪声,还将失真的信号还原成真实的信号,无用的频率信号以-34 dB/十倍频率的水平得到抑制;经过数字相位补偿后,不仅消除了由于滤波所引入的相位差,而且消除了由于过零器的过零精度等所引入的相位差, 1 PPS准时点的精度由文献[1]的优于 10 μs提高到了优于3 μs。该设计满足机载环境下交流时间码的解码要求,消除了噪声的干扰和信号的失真,提高了解码的精度和稳定性。

为了建立更高效的星图识别算法,设计了一种以主星与邻星角距为识别特征的星图识别算法。构建了导航星库,将所有邻星与主星角距进行量化编码,并按照从小到大的顺序排列为特征模式字符串,串尾附加字符串长度项为聚簇索引,借以提高导航星库的检索速度;然后,利用改进的KMP字符串识别方法对观测星进行匹配识别。当存在2 pixels的高斯位置噪声时,该算法成功识别率高于97.38%,导航星库的存储容量为149.4 kB。在Pentium 1.6 GHz PC机上随机识别1 250幅星图,平均识别时间为42.78 ms。此识别算法对观测图像具有旋转不变性,对位置和星等噪声都有很好的鲁棒性,且导航星库的存储容量小、检索效率高、实时性好。

基于图像处理器(GPU)平台提出了维纳并行滤波算法,解决了航空成像的像移实时补偿问题。介绍了原有像移补偿算法及其PC运行平台的不足,立足于现有图像处理器通用计算技术对原有像移补偿算法做多线程并行计算的改进。针对图像处理器件的硬件并行架构,优化设置算法多线程访问,提高了各个线程的访问速度。该环节的改进甚至能将算法效率提升到原来的3倍。借助图像处理器的并行运算优势,单帧1 024×1 024灰度图像的恢复处理时间只需要8 ms,整个算法的运行速度达到原先的20倍,能够完全满足高分辨率航拍视频图像的像移模糊实时恢复的需求。

为了实现光电跟踪测量系统高精度测量中图像数据的超高速实时存储,提出了基于双数据率(DDR)模组阵列的超高速数字图像存储方案。采用大容量DDR双列直插式内存模组(DIMM)阵列作存储介质,现场可编程门阵列(FPGA)作DDR模组阵列控制器,设计了存储系统。介绍了存储系统的总体设计框图,给出了DDR模组阵列控制器的各模块设计和图像数据的输入、输出方法。测试中完成了数据速率为1 000 MB/s的高速图像实时存储;分析表明其最高数据存储速率可达1 828 MB/s,可满足光电跟踪测量系统高精度测量对高帧频、大靶面图像传感器输出图像数据超高速实时存储的需求。

建立了应用导管X光透镜的掠出射微区X射线荧光分析系统,并将该系统应用于纳米薄膜的分析。为了提高入射X射线的强度并提高系统的空间分辨率,选用焦斑为41.7 μm的会聚透镜对原级X射线进行会聚,并在探测器前加上50 μm的狭缝以提高掠出射角扫描的角度分辨率。为了提高工作效率,编写了该系统的自动控制软件,实现了样品的自动扫描。利用该系统对采用金属蒸汽真空电弧(MEVVA)源离子束和薄膜沉积技术制备的纳米薄膜进行了掠入射X射线荧光和二维扫描分析。实验结果表明:该系统能有效地分析纳米厚度的薄膜,通过对薄膜进行掠出射角扫描分析和表面的二维扫描分析,得到了薄膜的厚度,密度及均匀性等信息。微区分析的空间分辨率可达到41.7 μm,实际空间分辨率为扫描步长50 μm。系统可用于分析薄膜样品,且荧光强度高,所需时间短,获得的信息全面丰富,数据可靠。

利用全息-离子束刻蚀工艺制作了工作波长为13.9 nm的Laminar分束光栅。光栅的线密度为1 000 lp/mm,槽深13 nm,占宽比0.43,Au膜厚度为40 nm左右;当工作波长为13.9 nm,入射角为81.2°时,其0级与-1级衍射光衍射效率乘积的最大值为8.1％,同时0级与-1级衍射效率亦接近,约为27％和30％。实验结果表明,研制的Laminar光栅可用于13.9 nm激光的分束,能够获得＞7%的分束效率。

推导出了正交光楔列阵(CSWA)聚焦系统的多光束干涉条纹主极大和两相邻主极大间的次极大间距公式,并根据广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论,通过数值计算证明了CSWA的小尺度不均匀性的变化规律与物理光学的公式符合。另外,提出改善小尺度不均匀性的两种方法:楔角偏差和离焦打靶技术。计算分析和实验研究表明,优化楔角偏差和离焦量的量值,即δpj=2.0%,ΔZ=2 mm时,干涉主极大间隔与没加这两种技术时相比减小了6倍,小尺度的不均匀性得到了明显的改善。

为了实现大型自由曲面的三维面型测量,提出了采用光学定位跟踪技术的数据拼接方法。平面靶标作为中介,固定在测量系统上,靶标上的特征点在测量坐标系中的坐标通过中介坐标转换法获得。利用双目立体视觉构建跟踪定位系统,并以跟踪坐标系为全局坐标系,获取平面靶标上特征点的三维全局坐标,求得测量坐标系到全局坐标系的转换矩阵。将测量传感器在不同位置下所测的各子区域的三维数据统一到全局坐标系下,完成大型自由曲面的全局测量。实验结果表明:单次测量精度为0.11 mm;对10 cm×10 cm的平面靶标上100个点进行两次测量,拼接均方误差为0.34 mm。该方法操作简单、可行,并可满足要求。

为了有效地减小航天相机的体积,减轻其重量并满足冷备份要求,设计了双读数系统的航天级绝对式光电编码器。根据航天相机的要求,对绝对式光学码盘进行了小型化设计;根据码盘的特点,研制了双读数狭缝盘及读数系统;最后,对设计的双读数系统的航天级绝对式光电编码器进行了精度检测。实验结果表明:双读数系统的航天级绝对式光电编码器外形尺寸为50 mm×32 mm、重量为150 g、分辨力为20″、精度σ≤30″。本编码器具有读数系统冷备份功能,且体积小、重量轻、抗干扰能力强,可满足航天相机的要求。

为提高空间太阳望远镜相关跟踪系统的动态性能,验证金属铍作为可见光波段反射镜材料的可行性与可靠性,对空间太阳望远镜相关跟踪器中的摆镜进行了研究,设计与研制了Φ84 mm轻量化铍镜。利用冲击研磨工艺得到铍粉,再通过热等静压工艺和机械加工得到铍镜镜坯。使用化学镀镍工艺在镜坯基体上镀覆镍磷合金过渡层,再经过光学加工完成铍镜研制。镜面干涉检测后得到面形精度为RMS:0.012 λ,PV:0.114 λ,铍镜轻量化率为43.68%。检测结果满足空间太阳望远镜的技术要求。

根据质点系平衡的加权平均思想,提出了一种新的适用于离轴非球面数控抛光的路径规划方法。根据影响抛光结果的因素,给出了权因子的组成元素及其计算方法,包括常数、加工残差分布以及与工件边缘的距离,并给出了权因子间影响系数的粗略确定方法。对一组面形数据进行虚拟加工,与常规的X-Y直角坐标系型加工路径相比,面形均方根收敛率从0.36提高到0.62,其它各项数值的表现也均优于常规方法。最后,对算法中的一些问题做了简要的说明和讨论。这种规划方法原理简单,效果显著,满足实际使用要求。

利用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为1 mm×1 mm,周期为300 nm,金吸收体厚度为1 μm的用于X射线显微成像的透射光栅。首先,利用电子束光刻和微电镀技术在Si3N4薄膜上制作周期为300 nm,厚度为250 nm的高线密度光栅掩模;然后,利用X射线光刻和微电镀技术复制厚度为1 μm,占空比接近1∶1,高宽比为7的X射线透射光栅。整个工艺流程充分利用了电子束光刻技术制作高分辨率图形和X射线光刻技术制作大高宽比结构的优点,实现了大高宽比、纳米尺度、侧壁陡直的X射线透射光栅的制作。

基于光电跟踪伺服系统全数字化的特点,提出了一种新型频率特性测试方法,并对该方法所使用的激励信号、数据采集方式、幅值和相位提取算法、模型辨识算法进行了研究。利用数字运动控制器产生离散的正弦扫频信号,同时采集响应信号并存储在磁盘上,对其进行测试后,将文件导入Matlab进行数据预处理;然后,采用相关分析方法计算输入输出信号的幅度比和相位差;最后,利用递阶辨识算法将测量得到的数据转化为高精度的传递函数。实验结果表明,测试信号基本可以覆盖伺服控制系统的频带宽度,在系统的中频段可以获得幅度±0.5 dB和相位±1°的辨识精度,在高频段也可以使用双二节滤波器拟合出机械谐振频率,证明了该方法的有效性和实用性。

为提高半导体激光器输出光功率,可将多个半导体激光器输出光束耦合成一束激光直接输出或者由光纤耦合输出,以提高半导体激光源的亮度及光束质量。本文采用波长耦合技术进行激光合束,将两种不同波长的半导体激光束通过非相干技术经波长耦合器件耦合输出以实现大功率高效率输出。介绍了非相干耦合技术中波长耦合原理及关键技术,根据波长需要设计了耦合器件,并自行设计光学系统对光束进行扩束聚焦。实验将808 nm和980 nm两半导体激光迭阵光束通过上述技术进行合束, 最终实现了更高功率输出,耦合效率达70%,光斑大小为3 mm×3 mm,可满足将半导体激光器直接应用于熔覆、焊接等场合的要求。

为了探索研究大口径轻量化SiC主镜的可行性,对比分析了各种主镜轻量化形式的优缺点,确定了主镜的支撑方式;然后,从理论上计算了轻量化镜体结构参数,设计了采用夹心三明治结构扇形轻量化孔形式的1.23 m SiC轻量化主镜。利用有限元方法分析了轻量化主镜在浮动支撑下的自重变形,两种工况下的面形分别为:PV=9.43 nm,RMS=2.5 nm;PV=16.7 nm,RMS=3.2 nm。分析结果表明,镜体的自重变形影响较小,可以满足要求。而由于SiC的热膨胀系数较大,热变形影响较大,在稳态温度场下,温度每相差1 ℃,镜面面形变化约为PV=40 nm,RMS=4.8 nm,说明为了达到了设计要求,必须对镜体采取热控措施。

为了满足空间暗弱目标探测对大口径、短焦距望远镜系统的要求,克服普通望远镜随着口径的增加焦距变长、视场变小的不足,提出了将多镜筒捆绑在一起对同一空域进行观测,通过软件的方式对采集的图像进行叠加来抑制背景随机噪声、提高图像的信噪比和系统的整体探测能力的设想。为了对上述设想进行验证,利用4台110 nm望远镜搭建了捆绑式望远镜系统实验平台,通过实际观测及事后处理验证了该设想并给出分析结果。实验结果表明:图像信噪比平均提高1.58倍,探测能力近似提高0.5个星等,证实了该技术在保持对应焦距不缩小的前提下,可以提高系统的探测能力。

为了实现对拼接式望远镜各子镜的主动控制,建立了正六边形子镜拼接的面形控制方程,并研究了传感器的安装位置对面形控制的影响。根据子镜之间相对位置的测量要求确定了主动控制所采取的方式,建立了由3个正六边形子镜组成的拼接镜的面形控制方程,并分析了传感器的安装位置对面形控制的影响。提出了传感器沿垂直镜缝方向错位安装的方法,分析了该方法对于拼接子镜扩展的适用性。分析表明,对于边长0.9 m,对角线长1.8 m的子镜,传感器错开0.02 m安装即能够准确检测子镜之间的位置变化;给出了正确的促动器调整信息,满足了拼接镜主动面形实时、高精度控制等要求。