高博 1,2,3,4王佳 1,2,3,*范斌 1,2,3张帅 1,2,3,4
1 光场调控科学技术全国重点实验室,成都 610209
2 2. 中国科学院先进光学研制中心,成都 610209
3 3.中国科学院光电技术研究所,成都 610209
4 中国科学院大学,北京 100049
为实现光学元件磁流变高精度加工,基于脉冲迭代原理,提出基于粒子群算法的驻留时间优化方法。该方法在脉冲迭代法的基础上引入粒子群算法对整体面型残差进行优化,通过对整体驻留时间的判定,从而实现每个驻留时间点的最优选择,达到高精度面形加工。通过对Φ156 mm光学表面仿真加工,均方根(RMS)值和峰谷(PV)值从初始的169.164和1 161.69 nm收敛到23.492 5和807.215 6 nm。仿真结果表明,该算法能在保证面形收敛精度的同时快速获得稳定可靠的驻留时间分布,能有效降低中频误差,其算法性能优于常用的脉冲迭代法。该算法为磁流变抛光光学元件过程中的驻留时间计算提供了一种解决方案。
光学加工 磁流变抛光 驻留时间 中频误差 optical manufacturing magnetorheological finishing dwell time mid-spatial error 
Author Affiliations
Abstract
1 James C. Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona, 1630 E. University Blvd., Tucson, AZ 85721, USA
2 Department of Astronomy and Steward Observatory, Univ. of Arizona, 933 N. Cherry Ave., Tucson, AZ 85721, USA
3 Large Binocular Telescope Observatory, Univ. of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA
4 School of Mechanical and Automotive Engineering, Xiamen University of Technology, Xiamen 361024, China
5 National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), Brookhaven National Laboratory, PO Box 5000, Upton, NY 11973, USA
6 Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR), Ghaziabad 201002, India
High precision astronomical optics are manufactured through deterministic computer controlled optical surfacing processes, such as subaperture small tool polishing, magnetorheological finishing, bonnet tool polishing, and ion beam figuring. Due to the small tool size and the corresponding tool influence function, large optics fabrication is a highly time-consuming process. The framework of multiplexed figuring runs for the simultaneous use of two or more tools is presented. This multiplexing process increases the manufacturing efficiency and reduces the overall cost using parallelized subaperture tools.High precision astronomical optics are manufactured through deterministic computer controlled optical surfacing processes, such as subaperture small tool polishing, magnetorheological finishing, bonnet tool polishing, and ion beam figuring. Due to the small tool size and the corresponding tool influence function, large optics fabrication is a highly time-consuming process. The framework of multiplexed figuring runs for the simultaneous use of two or more tools is presented. This multiplexing process increases the manufacturing efficiency and reduces the overall cost using parallelized subaperture tools.
Computer controlled optical surfacing Multiplexing Dwell time Concurrent tools Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(1): 2022002
Author Affiliations
Abstract
1 Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona, 1630 E. University Blvd., Tucson, AZ 85721, USA
2 Department of Astronomy and Steward Observatory, University of Arizona, 933 N. Cherry Ave., Tucson, AZ 85721, USA
3 Large Binocular Telescope Observatory, University of Arizona, 933 N. Cherry Ave., Tucson, AZ 85721, USA
4 School of Mechanical and Automotive Engineering, Xiamen University of Technology, Xiamen 361024, China
5 National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), Brookhaven National Laboratory, PO Box 5000, Upton, New York 11973, USA
Significant optical engineering advances at the University of Arizona are being made for design, fabrication, and construction of next generation astronomical telescopes. This summary review paper focuses on the technological advances in three key areas. First is the optical fabrication technique used for constructing next-generation telescope mirrors. Advances in ground-based telescope control and instrumentation comprise the second area of development. This includes active alignment of the laser truss-based Large Binocular Telescope (LBT) prime focus camera, the new MOBIUS modular cross-dispersion spectroscopy unit used at the prime focal plane of the LBT, and topological pupil segment optimization. Lastly, future space telescope concepts and enabling technologies are discussed. Among these, the Nautilus space observatory requires challenging alignment of segmented multi-order diffractive elements. The OASIS terahertz space telescope presents unique challenges for characterizing the inflatable primary mirror, and the Hyperion space telescope pushes the limits of high spectral resolution, far-UV spectroscopy. The Coronagraphic Debris and Exoplanet Exploring Pioneer (CDEEP) is a Small Satellite (SmallSat) mission concept for high-contrast imaging of circumstellar disks and exoplanets using vector vortex coronagraph. These advances in optical engineering technologies will help mankind to probe, explore, and understand the scientific beauty of our universe.
computer controlled optical surfacing; CCOS multiplexing dwell time optimization optical metrology telescope alignment large binocular telescope MOBIUS pupil segmentation OASIS nautilus hyperion CDEEP vector vortex coronagraph Opto-Electronic Advances
2021, 4(6): 06210040
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 中国兵器科学研究院宁波分院, 浙江 宁波 315103
3 长春理工大学 电子信息工程学院, 长春 130022
针对大口径光学元件溅射沉积膜厚不均匀的问题, 采用离子束溅射平坦化层来改善光学元件表面粗糙度.利用膜厚检测仪测出光学元件沉积面上的中心区域以及各边缘区域的膜厚值, 计算离子束在光学元件中心与边缘驻留时间比, 并通过MATLAB拟合驻留时间分布规律, 根据所得的数据进行逐级修正.实验结果表明, 当驻留时间比优化为-26.6%时, 可以实现在直径300~600 mm大口径的光学元件上均匀镀膜, 以熔石英表面上镀硅膜为例, 溅射沉积6 h, 表面膜厚为212.4±0.3 nm, 薄膜均匀性达到0.4%.
薄膜 离子束溅射沉积 膜厚均匀性 大口径光学元件 驻留时间 Thin films Ion beam sputtering deposition Thickness uniformity Large-aperture optical elements Dwell time
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
纳米技术的不断发展需要更强大的纳米粒子表征技术。 单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)是近年来发展起来的纳米粒子检测新技术, 能够快速的向研究人员提供关于纳米粒子尺寸、 尺寸分布、 粒子数目浓度和元素组成等信息, 而且对样品干扰小。 本工作探讨了SP-ICP-MS检测技术中影响金纳米粒子(Gold nanoparticles, AuNPs)测定的因素: 包括仪器参数的优化, 如驻留时间(Dwell time); 样品基质的影响, 包括含盐、 含碳基质; 以及溶液中溶解的被分析元素等。 测得仪器对金纳米粒子的检测限是23 nm。 通过加标回收的方式, 测定了实际水样太湖水、 东丽湖水中金纳米粒子, 加标回收率分别为97.7%和84.4%。 最后, 对SP-ICP-MS纳米粒子检测的现存问题进行了几点思考。
金纳米粒子 单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS) 传输效率 驻留时间 水样 Gold nanoparticle Single particle-inductively coupled plasma mass sp Transmission efficiency Dwell time Water sample 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2267
1 电子工程学院，合肥 230037
2 安徽省电子制约技术重点实验室，合肥 230037
针对雷达对抗侦察中传统空域搜索方法效率不高的问题，提出一种基于最小描述长度准则的调整驻留时间(MDL-ADT)搜索方法。该方法将数字波束形成(DBF)技术引入空域搜索中，重点分析了截获概率与波束驻留时间的关系，通过两个步骤对空域完成搜索：首先进行预搜索，利用MDL准则对各波束内信源数目进行估计；然后根据信源在空域的分布情况对驻留时间进行分配，并完成空域搜索。该方法通过合理分配驻留时间，使侦察系统的时间资源得到了高效利用。仿真实验表明，该方法可以使空域搜索效率提高约20%。
雷达对抗侦察 空域搜索 最小描述长度准则 截获概率 驻留时间 radar EW reconnaissance airspace search minimum description length criterion intercept probability dwell time
中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所， 四川 绵阳 621900
针对磁流变抛光过程中的中频误差的控制，进行了驻留时间与中频误差影响关系的研究。对基于矩阵法得出的驻留时间进行分析，驻留时间矩阵沿抛光头的进给方向的起伏波动性，反映在抛光过程中速度的不连续性，会引入一定的中频误差。提出通过滤波算法使驻留时间沿抛光轮进给方向更加平滑，即相邻两点的速度更加接近，抛光轮只需要很小的加速度和很小的时间内即可完成整个加速过程，从而降低这种速度的波动性带来的误差。通过计算机仿真和实验验证，给驻留时间一个很小的扰动，会使残差的功率谱密度（PSD）曲线发散，而滤波后的驻留时间算法在“不失真”的情况下，在一定程度上抑制了中频误差。
磁流变 驻留时间 中频误差 功率谱密度 滤波 magnetorheological finishing dwell time mid-spatial error power spectral density filter 强激光与粒子束
2015, 27(9): 092007
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室, 吉林 长春 130033
简述了国内外磁流变抛光技术的研究历史和现状。介绍了磁流变抛光技术的抛光原理、特性及优点。着重阐述了长春光学精密机械与物理研究所近几年来在磁流变抛光技术研究方面的最新进展，解决了磁流变抛光的若干关键技术，主要包括：研制出一种新型磁流变抛光液，这种磁流变抛光液具有优良的流变性和较高的抛光效率；研究出一种基于矩阵代数运算模型的磁流变抛光驻留时间求解算法；为了增加去除函数(抛光区)面积、提高材料去除效率，研制出适合大口径非球面反射镜加工的带式磁流变抛光机。
光学制造 磁流变抛光 磁流变抛光液 去除函数 驻留时间 带式磁流变抛光 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 092202
北京航空精密机械研究所 精密制造技术航空科技重点实验室, 北京 100076
提出了一种新的进动气囊抛光驻留时间算法, 用于实现高精度的光学玻璃零件的加工。首先, 通过抛光工艺试验确定抛光去除率函数; 在矩阵迭代算法的基础上, 给定一个合适的驻留时间初值函数。然后, 采用分层阈值去除法进行驻留时间的优化求解, 并加上残余误差方差最小的判定条件, 从而得到完整的驻留时间函数。该算法适用于非球面、自由曲面等光学玻璃元件的抛光加工。用MATLAB对残余面形误差进行了仿真, 仿真结果表明残余误差精度PV值可以收敛到0.1 μm左右。最后, 对光学玻璃平面进行了抛光。实际抛光后, 该玻璃表面粗糙度Ra从抛光前的0.159 μm减小到0.024 μm, 面形精度PV值由抛光前的0.756 μm减小到0.158 μm。得到的结果验证了提出驻留时间算法的合理性, 表明该算法可为以后进行复杂面形工件的气囊抛光研究提供理论基础。
光学玻璃 进动气囊抛光 驻留时间算法 矩阵迭代 残余误差 optical glass precession bonnet polishing dwell time algorithm matrix iteration residual error 光学 精密工程
2014, 22(12): 3303
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
为了解决大口径光学元件磁流变高精度加工问题，基于矩阵运算模型，提出了SBB(Subspace Barzilai and Borwein)最小非负二乘与自适应Tikhonov正则化相结合的驻留时间快速求解方法。同时，在一次收敛中采用双去除函数优化螺旋线轨迹下光学元件的加工，保证中心区域与全口径面形精度一致。仿真表明该算法与常用Lawson-Hanson最小非负二乘法相比，计算精度一致且求解效率大幅提高。对Φ600 mm以彗差为主的光学表面模拟加工，峰谷(PV)值和均方根(RMS)值从初始的2.712λ与0.461λ中心区域全局一致收敛到0.306λ和0.0199λ(λ=632.8 nm)。因此，提出的算法能够在有效保证面形收敛精度的同时快速获得稳定可靠的驻留时间分布，为磁流变抛光应用于大口径光学元件提供有力支持。
光学制造 驻留时间 矩阵运算 全局收敛 磁流变抛光
