作者单位
摘要
“天琴计划”教育部重点实验室,天琴中心 & 物理与天文学院,天琴前沿科学中心,国家航天局引力波研究中心,中山大学(珠海校区),广东 珠海 519082
Overview: Space gravitational wave detection missions typically consist of three identical satellites, with two laser links between the satellites at an angle of sixty degrees forming a Michelson interferometer. The arm length changes are measured using high-precision inter-satellite laser interferometry. As a key component of the inter-satellite laser interferometry system, the telescope system needs to have picometer-level optical path stability, a wavefront error of λ/30, and stray light less than 10?10 of the transmitted power. To meet the requirements of space gravitational wave detection for the telescope system, an optical and mechanical integrated analysis and optimization method is proposed to design and optimize the primary mirror and its supporting structure. The off-axis parabolic primary mirror adopts the side three-point support method, and the influence of the support point position on the mirror surface shape and the rigid body displacement under gravity conditions has been studied. Optimization of the size of the triangular lightweighting holes on the primary mirror has been performed, and density-based topology optimization has been used to optimize the support backplate while ensuring that the first-order mode of the primary mirror component remains essentially unchanged. The flexural matrix of the primary mirror component supported by a parallel bipod linkage structure was derived based on spinor theory, and an evaluation function for the support structure was established. The size parameter range of flexible support was preliminarily determined by Matlab analysis. A optical-mechanical integrated simulation platform is set up to optimize the parameters of the support structure using a weighted sum method to convert the multi-objective optimization problem into a single-objective optimization problem. The results showed that the first-order frequency of the primary mirror component system was 392.43 Hz. Under gravity and temperature loads, the deformation of the primary mirror surface was better than λ/60, the translational rigid body displacement was better than 2.5 μm, and the rotational rigid body displacement was better than 0.5 μrad, all of which met the design specifications. Under space thermal disturbance of 10 μK/Hz1/2, the size stability of the primary mirror component, represented by the displacement of the central point of the mirror, was at a level of 10 pm/Hz1/2.
引力波望远镜 Bipod连杆支撑 面形变化 尺寸稳定性 gravitational wave telescope bipod linkage support surface deformation dimensional stability 
光电工程
2024, 51(2): 230157
作者单位
摘要
1 北京建筑大学 测绘与城市空间信息学院,北京0266
2 代表性建筑与古建筑数据库教育部工程研究中心,北京100044
3 北京城建勘测设计研究院有限责任公司,北京100101
4 华南农业大学 资源环境学院,广东广州51062
为了解决地铁建设和运营阶段会对地面造成不同程度的影响,特别是海岛建设地铁,其地形地貌环境复杂,土层不稳定,地面形变研究困难等问题。基于哨兵-1的38景影像数据和自主采集的隧道点云数据,采用永久散射体合成孔径雷达测量技术、差分干涉测量短基线集时序分析技术和激光雷达技术对厦门岛范围内的地铁2号线沿线区域进行研究。将合成孔径雷达的两种技术结果进行精度对比,并与水准数据进行比较,验证其准确性,最后结合激光雷达技术对该地铁内部隧道扫描获取点云数据进行形变结果对比。实验表明,PS-InSAR技术形变速率在-24.21~24.19 mm/y之间,而基于SBAS-InSAR 技术的形变速率则在-22.86~33.79 mm/y,两种方法在形变监测过程中表现基本一致;与水准测量结果对比得到二者之间存在一定误差,误差集中在±7 mm以内,部分与水准点距离较远的误差在13 mm左右;而地下隧道沉降在-43.4~104.1 mm之间,中误差为28.44 mm,其结果与地面形变差异巨大。经过多次验证得知地下轨道交通隧道受到地面形变的影响较小。
激光雷达 合成孔径雷达 地表形变 隧道形变 LiDAR synthetic aperture radar surface deformation tunnel deformation 
光学 精密工程
2023, 31(13): 1988
唐玉峰 1,2施胤成 3李文利 1,2陈苡生 1,2[ ... ]刘震宇 2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 100039
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 吉林 130033
3 丹麦技术大学,丹麦 灵比2800
传统的Zernike多项式在光机优化设计中存在着一定的局限性,如离散情况下正交性损失仅适用于与圆同胚的边界光滑平面单连通区域。利用Laplace方程得到的特征模态所具有的离散正交性和共形性质,在有限元数值离散的情况下,实现对光学曲面变形的近似表述,并对圆形光学反射镜支撑结构进行以特征基底系数极小为目标的结构拓扑优化。将特征模态的优化结果与Zernike多项式优化结果对比之后发现,特征模态可以取得和Zernike多项式近似的优化性能。在此基础上,进一步将特征模态应用于六边形曲面镜支撑结构的拓扑优化。
共形 正交特征模态 曲面变形近似 非圆反射镜 拓扑优化 
光学学报
2023, 43(13): 1320002
作者单位
摘要
湖南科技大学机电工程学院,湖南 湘潭 411201
针对两种光-机集成建模方法开展验证研究,包括只考虑载荷作用下镜面单元空间位姿变化(忽略镜面自身弹性变形)的镜面位姿重构方法,以及本文提出的平面微元替代方法。平面微元替代方法是将聚光器反射镜面离散成大量平面微元,并根据平面微元的变形信息直接建立其几何光学信息,实现光-机分析的数据统一与集成,建立反射镜面的光-机信息集成模型。采用两种光-机集成方法模拟得到的聚焦能流分布结果相互印证,并与承载下聚光实验测量结果进行对比验证,结果充分说明了两种建模方法的有效性。当聚光器中各反射镜面的弹性变形较大时,镜面位姿重构方法将会失去准确预测其光学性能的能力;而平面微元替代方法能够考虑载荷作用下反射镜的任何变形(弹性变形和刚体位移),能准确预测聚光性能,具有普适性和简单的优点。对于聚焦能流密度较低的情况,实验表明采用粗糙白纸(打印纸)作为朗伯靶面用于聚焦能流密度测量简单可行。
光学设计 太阳能聚光器 镜面变形 光-机集成建模 光学性能 能流分布 
光学学报
2022, 42(20): 2022001
作者单位
摘要
1 中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116
2 江苏省矿山智能采掘装备协同创新中心,江苏 徐州 221116
根据激光冲击的原理对超光电子铜箔进行了微尺度激光冲击平坦化(MLSF)处理。首先,通过MLSF实验研究脉冲能量和冲击次数等工艺参数对电子铜箔平坦化效果(表面粗糙度Sa)的影响规律;然后,根据电子铜箔平坦化效果与工艺参数的对应规律,阐明电子铜箔的MLSF原理;最后,采用透射电子显微镜对MLSF处理前后的电子铜箔进行显微表征,揭示电子铜箔MLSF的表面变形机理。研究结果表明:当激光脉冲能量为100 μJ、冲击次数为3次时,电子铜箔的表面粗糙度(Sa)从22.7 nm降低到5.0 nm,降低了78%;冲击波经吸收层和样品层后被放大,使得样品层(铜箔)与底板(玻璃)的表面形貌接近;金属箔内部的小塑性变形和下表面附近的大塑性变形是MLSF的表面变形机制。
激光技术 激光冲击 微尺度 电子铜箔 表面粗糙度 表面变形机理 
中国激光
2022, 49(16): 1602002
作者单位
摘要
1 天津中德应用技术大学机械工程学院, 天津 300350
2 燕山大学机械工程学院, 河北 秦皇岛 066004
3 广东工业大学机电工程学院, 广东 广州 510000
通过一种改进的有限元数值模拟方法研究多点激光冲击强化对TC17钛合金表面残余应力和表面变形的影响。为了验证该模拟方法, 将已有实验数据与数值模拟结果进行对比分析, 分布规律具有一致性。在此基础上, 分别分析了激光冲击次数和激光功率密度对表面残余应力和表面变形的影响, 数值模拟结果表明, 随着激光冲击次数的增加, 表面残余应力和表面变形增加, 分布不均匀性也增加, 3次激光冲击后, 表面残余应力和表面变形趋于饱和状态; 随着激光功率密度的增加, 表面残余应力和表面变形都增加。
激光技术 激光冲击强化 改进有限元模拟方法 表面残余应力 表面变形 laser technique laser shock processing modified finite element simulation method surface residual stress surface deformation 
应用激光
2019, 39(3): 475
作者单位
摘要
大连理工大学 机械工程学院 精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
激光圆弧扫描弯曲可实现圆弧槽形舱壁件无模具成形, 研究其曲面变形规律以及其曲面变形特征具有重要的工程应用意义。首先, 详细分析了扫描次数n、圆弧扫描半径R、板材宽度W以及扫描基准线至自由端长度L对矩形金属层合板曲面变形的影响。同时, 结合各参数对曲面变形作用效果及曲面变形量试验测量数据, 求得各参数下曲面变形量经验函数, 并对其变化规律及趋势进行分析。最后, 利用激光圆弧扫描弯曲策略进行了圆弧槽形舱壁件样件试制, 其中单段圆弧槽两侧壁曲率半径均值分别为84.51、86.77 mm。文中方法为矩形金属层合板激光圆弧扫描弯曲曲面变形规律分析及成形圆弧槽形样件提供了试验依据。
激光弯曲 圆弧扫描 矩形层合板 曲面变形 圆弧槽 laser bending circular scanning rectangular laminated plates curved surface deformation circular groove structure 
红外与激光工程
2019, 48(2): 0242003
作者单位
摘要
1 天津大学 精密测试技术与仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
3 奥克兰大学 机械工程系, 罗切斯特 48309
采用CCD相机采集物体变形前后的散斑图片, 利用一维经验小波变换对散斑图片进行逐行分解, 获得一系列的固有分量. 根据分解后分量的核概率密度函数提出基于核概率密度的自适应降噪法, 去除噪声干扰, 提取跟变形信息相关的分量并重构, 利用重构后的每一行获得变形前后重构散斑图. 采用Hilbert法计算重构后散斑图的相位, 对变形前后散斑图相位进行相减, 根据相位差进行解包裹获得物体表面变形信息.实验结果表明该方法能够有效地对物体表面变形进行测量, 且测量精度较经验模态分解提高4倍.
数字散斑干涉 相位提取 经验小波变换 表面变形 核概率密度估计 Digital speckle pattern interferometry Phase retrieval Empirical wavelet transform Surface deformation Kernel probability density 
光子学报
2018, 47(3): 0312001
尤俊成 1,2,3周虹 1,2官春林 1,2,*樊新龙 1,2牟进博 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院 自适应光学重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了满足自适应光学系统校正高阶像差和在低温环境下正常使用的要求, 研制了一块913单元的分立式连续表面变形镜。利用300mm口径Veeco干涉仪对变形镜的部分静态性能进行了面形影响函数测量、面形展平测试和Zernike像差拟合测试, 并利用4-D动态干涉仪测量了变形镜从20℃~-10℃的面形。结果表明, 913单元分立式连续表面变形镜各驱动点的最大变形量为±3.5μm, 相邻驱动器之间的交连值为9.3%; 展平后的镜面面形波峰波谷值为66.0nm, 均方根值为5.0nm; 913单元变形镜对Zernike多项式的拟合能力达到了设计要求; 变形镜的低温镜面变形不影响系统的正常使用。该913单元变形镜能够满足自适应光学系统的实际使用要求。
光学器件 变形镜 性能测试 温度变形 optical devices deformable mirror performance test surface deformation 
激光技术
2017, 41(6): 867
作者单位
摘要
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
为研究在重力作用下主镜支撑系统对经纬仪主镜处于不同工作角度时面形误差的影响,以600 mm口径主镜为研究对象,利用Abaqus软件分别建立了600 mm主镜在加工状态下和工作状态下的有限元支撑模型,并进行了重力变形分析,然后借助4D干涉仪对在不同支撑系统下的主镜进行相关的面形检测。实验结果表明,在吊带支撑系统和主镜室支撑系统下,主镜的自身面形误差RMS为16.18 nm和16.90 nm。利用有限元分析了理想状态的主镜在不同仰角工况下的面形误差,结合主镜自身的面形误差,计算得到了主镜面形误差在光轴由水平变化到竖直的过程中逐渐变大,其RMS最大为19.58 nm,表明该主镜室支撑系统具有良好支撑效果,可满足工程要求,同时也验证了主镜室支撑系统有限元理论模型的准确性。
光电经纬仪 主反射镜 支撑系统 有限元 面形检测 photoelectric theodolite primary mirror support system finite element surface deformation test 
中国光学
2017, 10(4): 477

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