1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
根据传统同轴反射式次镜支撑结构特点, 建立了以传统次镜支撑结构外包络为基础的次镜支撑待优化模型, 并采用变密度拓扑优化方法对该模型进行优化设计.根据拓扑优化结果设计了遮拦比为0.085的同轴反射式次镜支撑结构.有限元仿真结果表明: 在结构遮拦比、质量相同的情况下, 优化后同轴反射式次镜支撑结构的结构基频和结构刚度相较于传统三翼和四翼结构均有显著提高.加工了优化后的次镜支撑结构, 并进行了随机振动试验.试验结果表明: 优化后的次镜支撑结构基频为470 Hz, 与有限元仿真结果477 Hz的相对误差在2%以内, 验证了有限元计算模型的可靠性和真实性.该次镜支撑结构适用于需要较低遮拦比和较高刚度的同轴反射式光学系统中.
次镜支撑 拓扑优化 变密度法 模态分析 有限元分析 随机振动 Secondary mirror support Topology optimization Variable density method Modal analysis Finite element analysis Random vibration
中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
从能量传递及光学天线出瞳允许的杂散光亮度出发,推导得出了杂散光控制指标要求.提出两种消除一次杂光方案.方案一是在主、次镜上设置遮光罩,方案二是设置主镜遮光罩并在出瞳附近设置利奥光阑.理论分析表明方案一因设置次镜遮光罩而增加遮拦比,方案二因在出瞳附近设置利奥光阑而产生渐晕,由于光学天线对发射/接收效率指标要求很高,因此在设计时需兼顾能量.针对某卡塞格伦光学天线仿真分析了两种方案的接收/发射效率和杂散光抑制效果,发现方案二的发射效率和杂散光抑制能力优于方案一,只是边视场的接收效率略低.最终选用方案二作为原理样机的杂散光抑制方案,对其进行杂散光测试,测试结果为:视场外1°~20°系统实测消光比小于-40 dB,满足杂散光指标要求.
光通信 杂散光 消光比 Lyot光阑 Optical communication Stray light Extinction ratio Lyot stop
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对推扫式红外遥感成像技术在高分辨对地观测领域的重要地位, 结合我国红外遥感技术发展现状和长线阵红外探测器技术水平, 研究了利用线面转换的异型红外光纤传像束线阵端实现推扫, 面阵端与成熟的小面阵红外探测器耦合以获得高分辨红外遥感图像的光纤传像系统.分析了该红外光纤传像系统前置物镜和耦接镜设计中的主要问题, 并针对一种入射端为4 000×6元线阵, 出射端为160×150元面阵的红外光纤传像束设计了前置物镜系统和后继耦接镜系统.引入平均传递函数的方法对整体光学系统的MTF进行了模拟评价, 模拟结果显示整体光学系统成像良好, 两系统的成像性能皆达到衍射极限, 满足光纤传像系统的特殊要求, 可为该类光纤传像系统的设计提供参考.
光学设计 红外成像 光纤束 物镜 耦接镜 Optical design Infrared imaging Fiber bundle Objective lens Coupling lens
中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
为了使红外镜头能够在宽的温度范围内工作, 在红外光学系统的设计时就要充分考虑热对光学性能的影响, 并要进行光机热集成分析。论述了光机热集成分析方法及流程, 并设计了一个焦距f=200 mm的冷光栏匹配的宽工作温度的红外镜头。建立了红外镜头的有限元模型并进行了热力学分析, 对分析的镜面变形结果数据进行了处理, 得到各镜片间隔和面形变化, 代入光学软件得到了热环境对光学成像质量的影响。分析结果表明, 对于-40℃~+60℃红外镜头的各个视场, 16线对的调制传递函数都大于0.5, 具有良好像质。所设计的红外镜头结构简单可行, 能够满足设计要求。
红外镜头 集成分析 光机热 有限元 infrared lens integrated analysis opto-mechanical-thermal finite element
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所，西安 710068
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
由于光学软件不能直接利用有限元分析的结果，而Zernike多项式的各项与光学像差有对应关系，因此常用Zernike多项式作为光机接口。针对目前常用轴向位移作为拟合量描述拟合面形的不足，给出了几种常用的表面位移校正方法并说明了其优缺点。用具体实例比较各校正位移，并对其进行Zernike多项式拟合，从拟合系数的差异可以看出，曲率比较大的表面必须采用校正位移进行拟合。最后指出：在不知道初始表面方程的情况下，轴向和法向校正位移均采用从初始表面出发的方法，如果已知初始表面方程，则轴向校正位移采用从变形表面出发的方法，法向校正位移仍采用从初始表面点出发进行计算。
光机分析 表面位移校正 有限元分析 Zernike多项式 optomechanical analysis corrected surface displacement finite element analysis Zernike polynomials
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710068
2 中国科学院研究生院，北京 100039
为了使光学仪器能在恶劣的环境下正常工作，需要对其进行详尽的工程分析。对光机系统的分析方法，包括传统分析方法、集成分析方法和统一分析方法进行了研究，说明了它们的工作原理及实现的具体步骤，分别列举了它们的优缺点。进一步指出在集成分析中热弹性分析需要解决的问题及Zernike多项式拟合中需要注意的问题，归纳了使用统一分析方法时需要特别注意的问题。在比较了3种方法优缺点的基础上，对光机分析方法进行了展望，得出集成分析方法在很长一段时间内将是光机系统分析的主要方法的结论。
光机系统分析 传统分析 集成分析 统一分析 有限元方法 opto-mechanical systems analysis traditional analysis integrated analysis unified analysis finite element methods
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710068
2 中国科学院研究生院，北京 100039
为了研究反射镜部件中胶对系统的影响，分析了胶的有限元建模方法，即详细模型和有效模型。采用详细模型对系统进行了模态分析和均匀温升热弹性分析。通过无热化方法确定了胶的厚度，分析了不同面积的均匀圆形胶点和方形胶点对系统性能的影响。为了模拟实际情况中的不均匀点胶，对同一模型中不同直径的胶点进行了分析。分析结果表明：圆形胶点对反射镜的面形影响要比方形胶点小得多；胶点的不均匀性会造成反射镜的面形变化。
有限元分析 RTV硅橡胶 模态 面形 平面反射镜 finite element analysis room temperature vulcanization silicone mode surface figure plane reflector
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安,710068
2 中国科学院研究生院,北京,100039
应用有限元方法对干涉仪的装配前后的平面反射镜进行了静力学分析,对其在重力作用下水平和垂直放置时进行了分析,通过计算镜面变形的PV值和RMS值来评价是否超差及固定反射镜的结构是否合理.并通过Zernike多项式拟合进行了数据处理,分解出了引起的像差成分,并相应地提出了提高像质的措施.
平面反射镜 变形 Zernike多项式 有限元分析 Flat reflector Deformation Zernike polynomial Finite element analysis
