1 浙江工商大学信息与电子工程学院(萨塞克斯人工智能学院),浙江 杭州 310018
2 富通集团有限公司,浙江 杭州 311400
3 浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310058
4 杭州科技职业技术学院机电学院,浙江 杭州 311402
利用光纤熔融拉锥技术,对一种中心对称、具有较大芯间距的多芯光纤进行了优化。融锥后的光纤具有倏逝场强、传感灵敏度高的特点,但由于其柔韧性差难于用作弯曲传感测量。本文设计了一种柔性传感器,使优化后的融锥光纤可用于弯曲传感测量。利用超模耦合理论对优化后多芯光纤传感器的透射谱进行了分析,并对其弯曲传感特性进行了实验研究。实验结果表明,该柔性融锥光纤传感器的干涉条纹与弯曲曲率有很好的线性关系。优化后的融锥光纤弯曲传感器的灵敏度为2.90 nm/m-1。
遥感与传感器 光纤传感器 多芯光纤 弯曲传感器 超模 柔性结构 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0728002
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
增强荧光发射可以提高荧光检测灵敏度、提高LED的亮度,在提高发光器件性能方面具有重要意义。由于金属结构在增强局域场、增强荧光发射方面具有很好效果,而柔性电介质材料具有灵活的可弯曲性特性,本文提出一种由金属-电介质-金属(MDM)组成的柔性结构以增强荧光发射。利用时域有限差分方法系统研究了该结构对量子点定向发射增强的影响。理论计算表明柔性MDM结构局部起伏和弧度对荧光增强起促进作用,且可以使位于结构中心位置量子点的量子效率增强约7倍。此外,还可以改变电介质的折射率和厚度从而实现目标波长的可调谐性。实验结果表明该柔性MDM结构对荧光增强有一定的促进作用,这一发现对未来的显示技术和柔性发光器件都有很大的价值,对高效柔性器件的开发应用具有一定的指导意义。
荧光增强 柔性结构 定向发射 波长可调 fluorescence enhancement flexible structure directional emission tunable wavelength
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 长光卫星技术有限公司, 长春 130031
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了保证微型空间相机的超轻反射镜的面形精度和稳定性, 提出一种串联双轴片式柔性支撑结构.以多工况下超轻反射镜面形为目标, 应用集成优化方法对该支撑结构进行优化设计, 并对优化后的结构进行重力和温度工况下的静力学分析, 各工况下反射镜面形均方根值均在3.5 nm以内, 远优于设计指标.对研制的反射镜组件粘接强度进行校核, 并对其动力学性能进行有限元分析和试验验证.结果表明, 柔性支撑结构与反射镜粘接面积为1 138 mm2,反射镜组件的X、Y、Z三向的一阶频率都在500 Hz以上.有限元分析结果与试验结果的相对误差均在6.5%以内, 验证了有限元分析模型的正确性, 表明该串联双轴片式柔性支撑结构设计合理, 集成优化方法可靠.
串联柔性结构 集成优化 面形精度 模态分析 随机振动 Series flexible structure Integrated optimization Surface figure Modal analysis Random vibration
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室 超精密光学工程研究中心, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计了一种狭缝柔性结构的光学元件调节机构, 使光学元件在具备较高调节精度的同时, 保持较高的导向精度。采用弹性力学应力函数法分析了狭缝柔性结构的刚度, 以径向刚度与轴向刚度的比值为目标函数, 对狭缝柔性结构尺寸参数进行了优化, 在不超过柔性结构材料屈服应力等约束条件下, 刚度比最优值达到1 5736, 较大的刚度比值可以减小调节机构的耦合位移, 从而提高机构的导向精度。该结构加工装配方便, 可实现三自由度(θx-θy-Z)调节。对优化后的柔性结构进行仿真分析, 结果表明: 径向刚度与轴向刚度比值的仿真值为1 6604, 解析值与仿真值误差为523%, 证明了刚度分析方法的有效性。优化后的结构, 轴向调节行程为209 mm, 绕x轴偏转角度调节行程为±166 mrad, 绕y轴偏转角度调节行程可达到±144 mrad, 满足光学元件调节的大行程要求。
光刻物镜 调节机构 狭缝柔性结构 刚度比 导向精度 lithographic objective adjustment mechanism slit diaphragm flexures stiffness ratio guide precision
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计了一种适用于空间环境的变形镜装置, 以校正高分辨率空间相机中大口径主反射镜的波像差.讨论了空间相机用变形镜的设计准则, 确定了该变形镜的结构形式;给出了具体的结构组成和材料组合, 并设计了柔性结构.仿真结果表明, 该结构在z向重力工况下RMS值仅17.2 nm, 4℃温升时的RMS值仅为3.7 nm, 且一阶频率为1 015 Hz, 各模拟空间工况下的反射面经主动展平后, 均可获得近似的标准平面;该结构能够较准确地拟合前36项泽尼克多项式所对应的基元波面, 残留误差较小, 不仅具有良好的力学性能和热稳定性, 还能保证变形镜的像差校正能力得到充分发挥, 从而满足空间相机的使用需求.
空间光学 变形镜 空间环境适应性 柔性结构 基元波面 Space optics Deformable mirror Space environmental applicability Flexible structure Wave element
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
30 m望远镜三镜为长轴3.594 m,短轴2.536 m的椭圆形微晶玻璃反射镜。其支撑结构采用了多种柔性结构,以释放非支撑方向的自由度。使得轴向支承和侧向支撑能够相互解耦,并减小支撑结构与镜子材料的热胀系数不匹配带来的热应力。柔性件柔度越高,在望远镜观测条件的扰动下镜面面形越好。但过高的柔度会降低柔性件的屈曲临界载荷,导致结构发生屈曲失效。为此需要计算出望远镜观测过程中柔性结构所承受的最大压力载荷,计算相应的屈曲安全系数SFBuckling。对比了典型结构非线性屈曲分析和特征值屈曲分析的区别,不断迭代设计和分析,柔性元件的SFBuckling和柔度取得了一个较好的平衡点,热扰动下的面形也达到了设计要求。
柔性结构 屈曲分析 热扰动 TMT TMT flexure structure buckling analysis thermal distortion 红外与激光工程
2015, 44(12): 3650
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
随着单刃金刚石数控车削技术的不断提高,越来越多的红外系统选用金属作为反射镜材料以提高系统的性价比.同共轴光学系统相比,离轴光学系统的反射镜结构和装调更为复杂,为了深入研究金属反射镜在红外离轴系统中的应用,提出了一种集Kinematic 定位和柔性去应力相结合的轻量化金属反射镜结构.首先从金属结构件的加工特点出发,分析了金属反射镜的轻量化形式和安装结构;接着针对某离轴反射系统中口径最大的离轴主镜,按照各设计要素建立了金属反射镜结构模型;最后采用有限元仿真分析方法,在各种工况下,对该主反射镜进行了详细的分析,结果均满足光学设计要求.
离轴反射系统 金属镜 柔性结构 Kinematic定位 有限元方法 off-axis system metal mirror flexure mount Kinematic principle FEM
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学大珩学院, 长春 130033
对于采用背部支撑的空间相机反射镜, 温度变化会造成其支撑孔附近的局部面形精度降低, 形成局部环形缺陷, 从而影响光学系统中对应视场的成像质量。为了提高反射镜的温度适应性, 通过增加支撑结构的柔性, 降低局部连接刚度的方法, 优化设计出一种柔性结构。对反射镜组件进行仿真分析, 结果表明, 在反射镜组件温度降低 4℃的情况下, 优化结构后的反射镜的中间支撑孔附近的局部视场面形的 PV=4.9 nm, RMS=1.0 nm, 与优化前(PV=16.6 nm, RMS=3.5 nm)相比, 精度提高了 3倍; 全局视场面形的 PV=16.3 nm, RMS=3.2 nm, 相比优化前 (PV=30.2 nm, RMS=5.2 nm), 精度也得到提高; 反射镜组件在优化前的 1阶基频为 191 Hz, 优化后的 1阶基频为 183HZ, 数据基本保持不变; 反射镜在重力作用各工况下, 优化结构前后的全局视场面形的 PV值和 RMS值基本保持不变。说明新的柔性支撑结构在保证了反射镜动、静态刚度的前提下, 提高了反射镜的温度适应性, 降低了温度变化对反射镜支撑孔附近局部面形精度的影响, 提高了光学系统局部视场下的成像质量, 达到了提高全视场下成像质量的目的。
空间反射镜 柔性结构 局部面形 space mirror flexible structure local surface
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学二部, 吉林 长春 130033
目前空间遥感仪器的非球面反射镜一般都是用支撑柔性结构 加背板的支撑结构支撑的。由于支撑结构的质量占有较大比重,需要简化支撑结构的形式,降 低支撑结构的质量。依据三点定位原理和双脚架挠性结构,设计了3个用于简化反射镜支撑结构形式的柔性铰 链结构,并采用有限元软件对设计结果进行了分析。 结果表明,这种支撑结构形式可以适应空间力热环境并能达到精度要求,实现了对大口径非球面反 射镜的支撑。该支撑结构去除了传统结构中的反射镜背板,简化了支撑结构的形 式,减小了支撑结构的质量,降低了组件加工和装配工艺的难度。
反射镜 柔性结构 双脚架结构 三点定位 reflected mirror flexible link bipod flexure three-points orientation
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 空间光学部, 吉林 长春 130033
在选择空间反射镜的支撑形式时,大口径反射镜一般采用柔性支撑结构加背板的支撑结构;小尺寸反射镜采用周边支撑的结构,但支撑结构质量都较大。为了降低反射镜支撑结构质量,通过对三点定位原理的自由度分析,设计了3个柔性铰链结构,通过柔性铰链的结构参数分析及有限元分析计算,设计出参数为R=1 mm,t=2.5 mm的三点柔性铰链,实现400 mm口径反射镜的周边支撑,并使支撑反射镜的三个铰链直接与相机机身连接,省略了常规反射镜支撑的背板及边框,大大降低支撑结构质量;且该支撑结构具有较好的动态刚度和力、热环境适应能力。
反射镜 柔性结构 三点定位原理 reflected mirror flexible link principle of three points supported