1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，上海 200092
在超精密光学元件制造中，高精度光学检测技术是进一步提升光学加工精度和表征评价光学表面形貌的基础关键。非接触式光学检测方法凭借高效和无损伤检测的特点，取得广泛应用。但外界环境扰动容易对光学检测探针产生影响，降低检测精度。为此，文中提出了一种离散化检测路径与拼接方法，将传统螺旋线路径离散为多圆周和多径向路径，并通过路径间数据的相互拼接，减小了环境扰动误差。分析了离散化检测路径的参数设置，给出了一种均匀化的圆周路径分布策略。最后，基于自行搭建的光学检测平台，进行了环境误差抑制方法的验证实验。相较于抑制前的面形，抑制后的测量相对误差从24.3%降到了4.3%。
光学检测 环境误差 路径规划 数据拼接 optical measurement environmental error path generation data splicing 红外与激光工程
2022, 51(11): 20210144
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台，上海200092
极紫外、X射线为微观物质认识、宏观空间探测提供了高精度的观测手段，但这类观测的实现需要大量高精度光学反射元件的支撑。由于极紫外、X射线在光学表面更易发生散射，其光学反射镜基底的精度需求和制作技术也明显区别于长波元件。近年来，同济大学精密光学工程技术研究所建立了极紫外、X射线反射元件基底的超精密加工与检测平台，研发了超光滑非球面的离子束修形技术，提出了基于泽尼克多项式的随机离轴旋转绝对检测方法，形成了极紫外、X射线光学用反射镜基底的高精度全流程研制技术，并将该技术成功地应用于国内和国际短波光学大科学装置中。本文综述了本课题组在极紫外、X射线用反射镜制作领域中的研究进展。
超精密加工 极紫外 X射线 反射镜基底 非球面元件 绝对检测 ultra-precision machining extreme ultraviolet X-ray reflector substrates aspheric surface absolute measurement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2688
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
基于我国强激光装置建设和工程任务需求，同济大学建立了基于纳秒与飞秒脉冲激光的自动化激光损伤阈值测试系统，该系统具有微米与亚微米级损伤的自动检测、定位复检、瞬态诊断和原位测量功能，测试流程基于ISO标准与光栅扫描等方法；此外，通过国际损伤阈值评测，实现了测量结果的国际对标。十多年来，利用该激光损伤阈值测试系统，我们系统研究了基板研磨与抛光工艺、超声清洗与表面残留、薄膜设计与大角度抑制、三维电场模拟与透镜聚焦效应、镀膜材料选择与氧化工艺、节瘤几何成型控制与平坦化、环境保持与传递控制、镀膜优化与辅助工艺、退火工艺与后处理技术、存放环境与人为污染等各类因素对激光损伤阈值的影响和作用规律；根据不同研究对象在不同参数和工作条件下的激光损伤特征，研究了激光损伤诱因、损伤演化及损伤机理；此外，基于泵浦-探测成像技术研究了透射元件的损伤动力学特性。激光损伤阈值表征与损伤溯源为课题组超高阈值和大尺寸激光薄膜器件的研制提供了关键的支撑技术，同时，为国内外数十家科研机构、高校院所和企业提供了高置信度的激光损伤阈值测试服务。
激光损伤 自动化测试系统 光栅扫描 人工缺陷 泵浦-探测 损伤演化 光学薄膜 laser damage automatic test system raster scan artificial defects pump-probe damage evolution optical thin film 光学 精密工程
2022, 30(21): 2805
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
根据我国强激光装置建设和工程任务对强激光薄膜元件的需求，基于对薄膜损伤机制的认识，同济大学提出了“全流程定量化”控制缺陷制备激光薄膜的思路。同济大学利用结构、性质可控人工小球制作定量化人工缺陷，系统研究了基板加工、超声清洗、电场模拟与调控、镀膜材料与工艺选择、镀后后处理、激光预处理、传递与保存等因素对薄膜元件激光损伤特性和损伤规律的影响。从损伤形貌和损伤规律上证实了节瘤缺陷电场增强理论模型的正确性，促进了研究人员对节瘤缺陷损伤机制的认知深度，提出了提升薄膜损伤性能的新途径，创建了新材料，实现了可兼顾环境稳定性、光谱特性和损伤特性的多功能强激光薄膜制备，有力支撑了我国强激光装置建设和激光技术的进一步提升。
激光薄膜 激光损伤 节瘤 人工缺陷 电场增强 laser coating laser damage nodule artificial defect electric field enhancement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2568
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台，上海200092
面向激光探测需求，创建了涵盖“光学设计-结构设计-元件制造-装调集成-性能评价和应用”的精密光机系统全环节研发平台。发展了“光学设计-结构设计-力热学设计”高效耦合的综合设计方法，建立了基于光机误差分解的精密装配集成方法，形成了透射光学系统定心装调、反射光学系统的高精度集成装配流程和技术，配备了光学系统波前和成像性能检测仪器，支撑了多种复杂功能的精密光机系统的研制。本文全面梳理了同济大学面向激光探测需求的精密光机系统和仪器研制方面的科研工作，针对我国“星光III”强激光装置的探测需求，研制了首套联合视频合成孔径雷达和扫描光学高温计的主被动复合诊断装置和辐射高温光学测量系统，共同为“星光III”开展超高压物态方程实验提供了技术支撑与诊断测试手段。面向海环境下目标与环境激光散射特性的测量需求，研制了发散光激光雷达散射截面测量装置和双功能平行光LRCS激光测量装置，实现了模拟海环境下标准散射体与海环境的激光散射特性的精确测量，为超低空激光雷达研制提供了数学模型和实验数据。
激光探测 光学系统 光机设计 装配集成 视频合成孔径雷达 扫描光学高温计 激光雷达散射截面测量 optical system optical mechanical design assembly and integration high power laser device video synthetic aperture radar (VISAR） scanning optical pyrometer (SOP） marine environment laser radar cross section (LRCS） measurement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2737
同济大学精密光学工程技术研究所成立二十年来，以探索前沿科学问题、突破核心关键技术、服务国家重要应用为目标，形成了理论与模拟相结合、科学问题解决与关键技术突破相结合、基础研究与重要应用相结合的特色，形成了研究所的发展理念，打造了高水平研究平台，在X射线器件与系统、强激光薄膜与应用、光学纳米计量与测试、微纳光学与智能感知四个研究方向上取得了突出的研究成果，已成为高层次人才培养和高水平科学研究的重要基地。
光学 精密工程
2022, 30(21): 2555
1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，上海 200092
3 上海航天控制技术研究所，上海 201109
4 北京空间机电研究所，北京 100190
为了弥补分焦平面偏振成像技术在测量过程存在瞬时视场误差且图像分辨率降低的缺陷，将微扫描技术与分焦平面偏振成像系统相结合，研制了一款基于透镜微扫描的红外偏振成像光学系统，系统波长为3~5 μm、F数为2、光学视场角为±2°。采用折反式光学结构，将后透镜组中最后一片透镜作为微扫描透镜，实现了2×2模式的正交位移。完成了公差分析和结构设计，分析了微扫描透镜的同轴度、位置度、扫描位移等对成像质量的影响规律，获得了各视场调制传递函数均高于0.47@17 lp/mm的设计结果。利用研制的系统进行了偏振成像实验，结果表明，红外偏振成像提高了图像的对比度，目标轮廓更清晰，且对不同材质目标的识别能力更强。
红外偏振 光学系统 微扫描透镜 折反式 大容差 Infrared polarization Optical system Micro-scanning lens Catadioptric system Big tolerance
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 同济大学 物理科学与工程学院，上海 200092
在低温环境下镜头结构会产生热变形，对镜头光学传递函数（MTF）及离焦量均会产生影响，从而影响光学成像质量。在此基于某红外遥感器，针对210 K低温工作环境，设计了一套具备热卸载功能的透射式低温镜头。对其建立有限元模型，并加载模拟在轨工作环境温度场，得到热变形数据，最终计算出镜头MTF及离焦量变化，并通过该仿真分析手段对低温镜头结构进行优化设计。低温镜头装调完成后，将低温镜头及其他配合测试设备置于真空罐内，在常温与低温环境条件下，对光学系统MTF及最佳焦面位置进行测试标定。测试结果表明，各项偏差在可接受范围之内，MTF仅变化0.2%，说明使用的低温镜头多场耦合仿真方法是可靠的，能够对红外遥感器低温镜头设计进行指导。
光学设计 低温镜头 仿真 MTF 离焦 测试 optical design cryogenic lens simulation MTF defocusing test 红外与激光工程
2021, 50(5): 20200397
同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室, 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
极紫外、X射线和中子光学为现代科学的发展提供了高精度的观测手段,但这些手段的实现需要大量高性能薄膜光学元件和系统的支撑。由于短波长和材料光学常数的限制,短波光学元件的结构、性能和制作技术明显区别于长波光学元件。近二十年来,同济大学精密光学工程技术研究所建立了以短波反射镜为基底的精密加工检测平台,发展了超薄薄膜界面生长调控方法和大尺寸薄膜镀制技术,提出了高效率/高分辨率多层膜微纳结构的衍射理论和制备方法,初步阐明了短波辐照损伤的物理机制,形成了短波薄膜和晶体聚焦成像系统的高精度全流程研制技术,并将该技术成功应用于国内和国际短波光子大科学装置中。本文简要介绍本课题组在上述短波元件和系统领域中的研究进展。
极紫外、X射线、中子射线 薄膜 光栅 聚焦成像系统 加工 损伤
1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
3 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
基于超薄玻璃的嵌套式圆锥近似Wolter-I型聚焦望远镜采用环氧树脂胶作为镜片装配的关键粘结材料, 其微米级厚度的胶层粘结强度决定了望远镜的力学性能。文中研究了“超薄镜片-F131环氧树脂胶-石墨”组成的粘结结构在不同固化环境湿度、不同石墨表面粗糙度下的粘结强度。结果表明, 粘结强度随着环氧树脂固化湿度的增加而减小, 随着石墨表面粗糙度的增加而增加。进一步, 通过比较石墨表面层剥离面积比, 确定石墨表面层剥落是造成粘结结构失效的主要形式。最后, 引入B基准值作为粘结强度评价指标, 提高粘结性能评价的准确性和可靠性, 为望远镜装配提供了参考。
嵌套式望远镜 粘结结构 拉伸强度 B基准值 nested telescope bonding structure tensile strength B basis 红外与激光工程
2019, 48(2): 0218001
