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 中国刑事警察学院 痕迹检验鉴定技术公安部重点实验室，辽宁 沈阳 110035
3 刑事检验四川省高校重点实验室(四川警察学院)，四川 泸州 646000
4 中国电子科技集团公司第十研究所，四川 成都 610036
5 中国科学院大学，北京 100049
为了获得数字微镜器件（DMD）的真实光学特性，提出了微镜单元杂散光分布测试方法，并搭建实验装置对2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况进行测试。提出了一种杂散光测试方法，并针对微镜单元尺寸小、配置方式灵活的特点，设计了汇聚光斑大小连续可调的照明系统以及可以对微镜单元清晰成像的成像系统。通过实验得到了2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况。测试结果表明，单个微镜单元中心孔道位置附近反射的能量较强，靠近边缘位置反射的能量则相对较弱。此外，测试区域之外的微镜单元也会反射一部分能量，测试区域内微镜单元杂散光绝对强度最大值出现在中心孔道附近，其灰度值为6.86，紧邻测试区域微镜单元杂散光绝对强度最大值同样也出现在中心孔道附近，其灰度值为4.01，由此可以说明中心孔道位置附近的杂散光较强；测试区域内微镜单元的杂散光相对强度相对较弱，从测试区域边缘开始急剧增大，经过大约两个微镜单元后达到峰值，数值为293.5%，此后开始急剧下降。
数字微镜器件 微镜单元 杂散光分析 成像特性 精密测量 DMD micro-mirror unit stray light analysis imaging properties precision measurement
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
大尺寸反射式光栅是提高天文光谱仪分辨率和啁啾脉冲放大系统输出能量的核心元件。随着天文和激光核聚变技术的发展, 大尺寸反射式光栅的研制已成为国内外学者研究的热点。相较于单块大尺寸反射式光栅的研制, 拼接法以其难度系数低、制作成本低和待拼接的小光栅易制作、质量高等优点成为了制作大尺寸反射式光栅的主要方法。本文介绍了大尺寸反射式光栅拼接技术的基本原理, 详细综述了光栅拼接技术的研究进展, 包括光栅拼接误差检测理论、光栅拼接误差分离、拼接光栅波前相位校正、光栅拼接误差维数的削减和光栅拼接装置, 最后总结了光栅拼接技术的优缺点并指出了其未来的发展方向。
光栅拼接 误差检测 误差分离 相位校正 拼接装置 grating mosaic error detection error separation phase correction mosaic device
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
衍射波前质量是衡量刻划光栅性能的重要指标之一, 光栅刻划机若存在阿贝误差, 将直接影响刻线位置精度, 从而影响光栅的波前质量。建立了刻划机阿贝误差与光栅衍射波前质量的物理模型, 并分析了该误差对波前质量的影响。针对该误差设计了一种基于双频激光干涉测量的阿贝误差测量光路, 测量了刻划机的阿贝误差, 根据物理模型对其导致的光栅衍射波前误差作了仿真分析, 并提出了基于双层工作台结构的误差控制校正方法。对两块尺寸为80 mm×100 mm、刻线密度为79 groove/mm的中阶梯光栅进行了阿贝误差校正前后的对比刻划实验。结果表明, 通过对阿贝误差的测量和校正, 光栅闪耀级次为-36级的衍射波前误差由0.529λ降低至0.159λ(λ=632.8 nm), 有效地降低了阿贝误差对光栅衍射波前质量的影响。
衍射光栅 阿贝误差 衍射波前 刻线位置误差 刻划机
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
由于大型衍射光栅刻划机刻划系统的双拉杆结构不能使其满足精度指标要求,本文设计了一套单拉杆结构.讨论了石英导轨分度方向弯曲误差产生的原因及其减小该误差的方法,分析和比较了两种拉杆结构的鞍型滑块的受力情况.基于材料力学弯曲变形理论,建立了石英导轨分度方向弯曲误差模型.在该模型的基础上仿真了双、单拉杆结构下刻划系统的石英导轨在分度方向上的弯曲变形误差.最后,使用双频激光干涉仪对石英导轨上的两个特征测量点进行了测量.测量结果显示:改进后的拉杆结构使得石英导轨在两特征测量点处的位移误差由50.36 nm降低到小于10 nm,满足大型衍射光栅刻划机刻划系统在分度方向上5~10 nm的精度指标要求.
光栅刻划机 衍射光纤 双拉杆结构 单拉杆结构 石英导轨 grating ruling engine diffraction optical fiber double-rod structure single-rod structure quartz guide rail
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
衍射波前质量是刻划光栅的重要性能指标之一，对于机械刻划光栅，刻划机的刻线定位精度直接影响光栅的波前质量。建立了刻划机固有存在的刻线位置和转角误差与光栅衍射波前误差间的数学关系，分析了各误差对衍射波前质量的影响。针对该误差设计了一种基于双频激光干涉测量的刻划机刻线位置和转角误差测量的光路，并提出了一种主动控制技术，即采用单压触动器校正刻线位置和转角误差的方法。根据该校正方法设计了刻划机的双层光栅承载工作台结构，并进行了尺寸为80 mm×60 mm、刻线密度为194 line/mm 的光栅刻划实验。实验结果表明，刻划光栅的衍射波前误差由0.23λ 降低至0.093λ (λ = 632.8 nm) ，并且原子力显微镜测试光栅刻槽质量符合理论设计要求。
光栅 刻划光栅 光栅波前 刻线位置误差 转角误差 压电驱动器
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
光栅刻划机工作台性能及其控制算法是直接影响大面积光栅刻划精度的重要原因。为了提高光栅刻划机运行精度，研制了采用压电陶瓷进行微定位控制的300 mm行程宏微两级工作台，建立了微定位工作台数学模型，仿真分析了工作台参数对系统动态性能的影响。采用反向传播(BP)神经网络比例积分微分(PID)算法对微定位工作台进行闭环控制。仿真分析表明通过增大内外台连接刚度或内外台之间阻尼在总体趋势上均可改善与光栅质量密切相关的微定位工作台动态性能。工作台定位实验表明，在以双频激光干涉仪为纳米位移测量基准的情况下，进行刻线密度为35 line/mm以上常用光栅空运刻划时，BP神经网络PID算法可实现宏微两级工作台定位误差3σ值不大于5.0 nm。以上研究为大尺寸光栅刻划机宏微两级工作台结构设计及控制算法的选择提供了理论及技术指导。
光栅 光栅刻划机 宏微两级工作台 BP神经网络 PID控制 自适应控制
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 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100191
设计了一套光栅刻划机刀架系统。该系统将刻划刀具部分安装于能绕鞍形滑块自由转动的安装板上, 利用铰链机构来实现了刀架刻划部分与承重部分的分离, 降低运动中鞍形滑块的变形、偏移等对金刚石刻刀的影响。分析了刀架运动中产生的误差以及该误差对金刚石刻刀的影响。提出了一种新型检测光路结构, 该结构利用双频激光干涉仪测量运动中刀架相对于导向导轨的位移变化。结果显示, 刀架单向行程约70 mm时, 刀架在光栅刻划阶段相对于导向导轨在分度方向的最大位移值约为60 nm。由于在刻划阶段, 膜层对金刚石刻刀存在约束作用, 所以金刚石刻刀相对于导向导轨的实际位移会更小。利用新的刀架结构刻制了一块70 mm×70 mm, 600 gr/mm的衍射光栅, 对比利用原刀架结构刻制的光栅, 该光栅杂散光强度减弱, 质量提高。
光栅刻划机 刀架系统 双频激光干涉仪 检测光路 grating ruling engine diamond carriage system dual-frequency laser interferometer detection path 光学 精密工程
2013, 21(11): 2900
1 吉林大学物理学院 超硬材料国家重点实验室， 吉林 长春130012
2 陕西科技大学 电气与信息工程学院， 陕西 西安710021
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春130033
利用水热法并经过退火煅烧制备了白光LED用正交相Gd2(MoO4)3∶Dy3+荧光粉，用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品的结构和微观形貌进行表征，利用荧光光谱对其发光性质进行了研究。 在389 nm的紫外光激发下，4F9/2→6H15/2跃迁产生的蓝光发射和4F9/2→6H13/2跃迁产生的黄光发射最强。发光光谱分析结果表明，Dy3+的最佳掺杂量为x=16%。此时荧光粉最为接近白光，其色坐标和色温分别为 (0.326, 0.336) 和6 389，是一种很有潜力的白光LED用荧光粉。
水热合成 白色荧光粉 Gd2(MoO4)3∶Dy3+ Gd2(MoO4)3∶Dy3+ hydrothermal synthesis white emitting phosphors
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 100049
分析和优化了凹面光栅衍射效率自动测试仪的测量精度，以提高凹面光栅相对衍射效率测量结果的准确性。根据凹面光栅相对衍射效率测量原理，对凹面光栅出射光谱增宽、衍射光束截面变化、光源辐射亮度的控制和测量波长同步精度等影响测量准确性的因素进行分析，给出了必要的运算关系式。采用回归分析等数学方法，基于大量实验数据建立了测量结果的优化公式，并将该公式编入测量程序，实现了在测量结束的同时自动优化测量结果。实验表明，经过优化后的测量值更加准确，与相对衍射效率理论值的偏差均在±2.5%以内，有效提高了仪器的测量精度。该方法操作简单，无需添加或改动仪器的任何部件，可满足仪器实时性强、测量准确的要求。
凹面光栅 衍射效率 精度分析 结果优化 concave grating diffraction efficiency precision analysis result optimization
