为了保证某离轴三反光学系统空间相机光机结构的高稳定性与高准确度, 针对该光学系统中次镜、折叠镜组件轴向空间位置接近的特点, 设计了次镜、折叠镜组件一体化的前框架结构, 并提出了一种结合了自由模态与约束模态的拓扑优化方法来优化相机的前框架结构.将优化后的前框架模型带入整个相机, 并对整机进行有限元分析.结果表明, 光轴呈水平状态, 次镜、折叠镜相对主镜的倾斜分别为9″与22.4″, 次镜相对于主镜的偏心为0.021 mm, 均在光学系统公差要求范围内.此外, 对前框架结构进行自由模态分析与试验, 结果验证了优化方法的正确性.所提出的拓扑优化方法可以有效避免基于约束模态拓扑优化方法约束点之间不存在联系的缺陷, 能够为高分辨、宽视场空间相机光机结构的设计提供参考.

针对采用离轴三反(TMA)光学系统的空间相机中光学系统主镜和三镜的轴向位置接近的特点, 提出了主三镜共基准一体化结构来提高光机结构的精度和稳定性。利用一块高刚度、高度轻量化整体背板替代分离的主镜和三镜背板, 以实现主镜和三镜光学加工、检测和装调的基准统一。由于此整体背板同时也是主框架的组成部分, 故降低了结构整体重量, 提升了光机结构动/静态刚度。对采用主三镜共基准一体化结构的空间相机进行干涉检测, 结果表明主镜和三镜的各视场镜面面形最大分别为0.024λ和0.013λ, 均满足光学公差要求。对铝结构样机进行了多入多出(MIMO)自由模态测试, 测得一阶模态频率为48 Hz, 对应原理样机一阶约束模态频率114 Hz, 满足结构刚度要求。在离子束光学精加工过程中, 通过分时对主镜和三镜进行加工, 省去了主镜和三镜分离结构加工用的散热时间, 加工效率提高了约50%。主、三镜共基准一体化结构的应用提高了离轴TMA空间相机的性能和光学精加工效率, 为高分辨力宽视场空间相机的光机结构设计提供了参考。

设计了一种采用6-PSS型并联机构的光学元件精密轴向调节机构，以使光刻物镜中光学元件的调节行程达微米级，调节精度达纳米级。将6-PSS型并联机构中的6个移动副改进为3个，减少了驱动器的使用数量，提高了轴向调节机构的可靠性; 设计了一种圆角薄柔性铰链结构作为6-PSS型并联机构中的球铰副，实现了轴向调节机构的结构一体化，简化了光机组件的装调过程，提高了机构的机械精度; 利用空间矢量法分析了机构输入构件与输出构件之间的位置关系，推导出了机构的传动比表达式，为机构主要结构尺寸的选取提供了依据。轴向调节机构的验证试验结果表明：机构传动比的理论计算值接近于实测值; 轴向调节机构的调节行程为74.4 μm，调节精度在40 nm以内，满足光刻物镜中光学元件轴向调节机构的使用需求。

为了使光学元件轴向调整机构满足调整行程大、调整精度高、结构紧凑和装调容易等要求，设计了一种一体化结构的光学元件轴向调整机构。结合有限元分析技术，建立了该型机构的参数化模型，并分析了主要设计参数对调整机构的调整行程、一阶固有频率和最大应力值等主要技术指标的影响。分结果表明，调整机构可以实现光学元件的精密轴向调整；柔性转轴片厚度和宽度分别为1 mm和0.8 mm，柔性导向片的厚度和长度分别为0.6 mm和20 mm，调整机构的调整量为67.45 μm，一阶固有频率为119.1 Hz，且机构的最大应力值小于材料的屈服极限。满足光学元件轴向调整机构的设计要求。

介绍了紧凑型Tesla变压器的工作原理和功能特点,在此基础上对电压1.0 MV、重复频率100 Hz的Tesla变压器和阻抗40 Ω、宽度40 ns的脉冲形成线(PFL)进行了一体化结构设计.用Tesla变压器的两个同轴开环铁芯作为PFL的内外导体,将传统的形成线结合在Tesla变压器中,从而脉冲发生装置具备了体积小、效率高、性能稳定等特点.设计的紧凑型Tesla变压器在CHP01电子束加速器上实现了对600 pF的PFL单次充电电压达到1.3 MV、重复频率100 Hz、平均电压1.15 MV的技术指标,该变压器在其额定电压和频率下的连续运行时间达到5 s以上.