高能光源(HEPS)要求束流轨道稳定性达到0.1 μm。束流位置探测器系统(BPM)作为储存环的重要系统，其测量数据在监测和实现束流轨道稳定中具有重要作用，需要具有长期稳定性。为抑制由于机械振动、环境温度变化导致的机械形变等对BPM探头机械稳定性的影响，需为BPM探头设计独立稳定的支撑系统，使其具有较高的固有频率、较小的振动放大比和较小的温度形变。本文首先考虑温度形变，选取具有良好温度稳定性的Invar36合金作为支架的主体结构材料；为加工及安装方便，杆板结构选作支架模型，通过仿真测试寻找最优结构；利用ANSYS软件中拓扑优化寻找限制空间内实现最大固有频率的模型结构，为支架设计做指导；加工支架实物，并在实验室测量。支架实验室测量结果与仿真结果进行比较，进而优化安装方式。在四种安装方式下对支架进行测试，为支架在光源实地安装提供参考。

采用光纤激光器对5 mm厚的5052铝合金进行振动焊接,研究其接头组织、残余应力对拉伸性能和疲劳性能的影响。研究结果表明,振动焊接的焊缝组织柱状晶数量明显减少,组织较常规焊缝更均匀细密。采用合适的振动频率与振动加速度,焊缝残余应力可低至140 MPa,而常规焊接焊缝的残余应力高达335 MPa。在应力比为0.1的拉-拉疲劳条件下,母材和接头的条件疲劳极限分别为160 MPa和120 MPa。疲劳源区位于表面缺陷处,裂纹以穿晶形式扩展,大量疲劳条带及二次裂纹产生于断口处。

为了更好地对大口径望远镜进行误差分析以及分配, 引入了由美国30 m望远镜(TMT)团队所提出的标准化点源敏感性(PSSn), 来进行大口径望远镜的各项误差及其之间的协调与分配。为了更好地利用PSSn进行误差分配, 首先根据其定义对PSSn的基本性质进行了研究, 论述了PSSn作为全频域评价指标的优越性, 然后与传统的评价指标(波前均方根)进行了比较, 重点分析了PSSn的合成特性以及合成误差的特点, 之后利用Zernike多项式分析系统静态误差与PSSn的关系, 得到了不同的Zernike系数与PSSn之间的关系。对于系统的动态载荷, 利用功率谱结合光学传递函数的方法来研究系统的光学特性并对实际的大口径波前做出了仿真研究, 得到系统的PSSn从0.996下降到0.991。所做的研究可以更好地理解大口径望远镜的误差特性, 同时也可以帮助系统工程师对大口径望远镜的误差进行更好的分配。

采用机械振动辅助激光熔覆复合改性新工艺, 在45钢表面制备了单道Fe-Cr-Si-B-C合金涂层。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能量分散谱(EDS)分析了熔覆层的物相组成、微观结构和元素分布, 通过HVS-1000型显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度。结果表明, 熔覆层主要由α-(Fe, Cr)固溶体、M7C3(M=Fe、Cr)碳化物、Fe2B硼化物和少量Fe0.9Si0.1组成。在机械振动辅助作用下, 熔覆层结合界面组织由平面晶向带状和柱状晶转变, 振幅为0.13~0.18 mm时的晶粒细化效果最为明显; 熔覆层中增强相形态随着频率的增加由短杆状向颗粒状、层状、条状转变, 分布形态由杂乱分布向弥散分布和网状分布转变。相比未加机械振动的熔覆层, 机械振动下的熔覆层中气孔、裂纹减少, 显微硬度提高了约13.9%。这些结果显示熔覆层中显微组织形态及其分布主要受振幅和频率协同作用的影响。

采用机械振动辅助同步送粉，通过激光熔覆技术在45钢表面制备了Fe60合金涂层。利用光学显微镜（OM）、X射线扫描仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）仪研究了了铁基涂层与基体结合界面处的显微形貌、物相组成，元素分布及其扩散行为。结果表明，熔覆层结合界面处均是完整向上生长的胞状树枝晶，主要物相为 (Fe,Cr) 固溶体和少量化合物(Fe,Cr)7C3，Fe2B和Fe0.9Si0.1。机械振动的能量致使树枝晶中Fe0.9Si0.1由枝晶内离散至枝晶间，大量(Fe,Cr) 固溶体未能在凝固前端排出而残留在枝晶内。机械振动的能量越高，越有利于激光熔池中元素的扩散。同时，振动的振幅和频率对结合界面前沿晶粒细化及元素分布的影响也存在差异，频率的增加有利于枝晶定向生长，振幅增加则有利于在结合界面前沿40 μm左右范围内的枝晶弥散分布。振幅增加对结合界面间的Si和Cr元素扩散影响更大。

采用机械振动辅助激光熔覆工艺在45钢表面制备了Fe55合金涂层，通过光学图像分析仪观察了熔覆层的几何形貌，结合AutoCAD 软件标注了涂层高度、宽度和熔覆角等几何特征参数，探讨了激光比能、振幅、频率等工艺参数对涂层熔覆角的影响，借助响应面分析法提供的二阶多项式构建了能明确表征熔覆角与激光比能、振幅、频率之间隐式关系的函数模型。结果表明，机械振动作用下激光熔覆层的熔覆角大于无机械振动的涂层。在相同激光比能和振幅条件下，频率200 Hz 比频率100 Hz 的熔覆角大，且在振幅为0.10 mm 时熔覆角最小。采用最小二乘法优化后的函数模型所计算的熔覆角优于现有几何模型计算值，更接近实际测量结果。

为了使光学机械结构设计满足成像系统的要求,对机械振动对光学调制传递函数(MTF)的影响做了分析。从光学成像系统物像相对振动的形式入手,基于刀口理论(线扩展函数),用MTF作为评价函数,针对各种振动形式对图像分辨率的影响进行量化分析,并分析各种参数对MTF的影响,为光学机械的强度、刚度、和精度设计提供了理论基础。结合工程实际,提出减小振动对成像质量影响的具体措施;通过对某成像设备中振动对MTF影响的分析,计算出其动态分辨率为22 lp/mm,与实际拍摄结果较为接近;说明了该分析的正确性及其可用性。

与传统电磁式电流互感器相比,基于法拉第效应的光纤电流传感器有许多明显的优点,因而获得了广泛的研究。光纤的固有双折射是影响传感器精度的主要原因,如何消除双折射也是研究的关键问题。这种双折射不仅与光纤本身的性能有关,还与工作时的环境温度、振动等因素有关。当传感头受到强烈振动时,所产生的机械应力将使传感光纤的固有双折射发生变化,影响输出光的偏振态,使传感器精度下降。提出了一种对称型的传感器结构,采用两套相同的光源及探测器,使传感光纤中形成传播方向相反的两束光,利用应力双折射的互易性补偿振动影响。实验表明,该结构可使传感器性能得到明显的改善,在10 g的振动强度下,测量结果的线性度达到了±0.3%以下。

把一对中心反射波长分别为1562.11 nm和1562.71 nm的光纤光栅粘贴在均质、等厚、等腰三角形悬臂梁上下表面作为环形腔光纤激光器端镜,当机械振动激励自由端时,通过观测激光输出脉冲,对施加于自由端的机械振动的频率进行了实时监测;观察两光栅波长漂移量差值的变化,可在0～6.1 mm的范围内判断所测振动的振幅。低于100 Hz时,实验结果与实际值基本吻合。