双面共体反射镜结构优化设计与分析

作     者：马霖 谭双龙 闫磊 马思宇 吴洪波 张新 MA Lin;TAN Shuanglong;YAN Lei;MA Siyu;WU Hongbo;ZHANG Xin

作者机构：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 应用光学国家重点实验室中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033 

基　　金：国家自然科学基金(62005271) 

出 版 物：《应用光学》 (Journal of Applied Optics)

年 卷 期：2024年第45卷第1期

页      码：45-53页

摘      要：为了满足某同轴四反红外光学系统中主四双面共体反射镜的性能要求,需要镜体在高轻量化率的同时具有更高的刚度,保持两个镜面面形稳定。该文采用拓扑优化的方法,以刚度最大为优化目标,约束设计域体积分数的方式对双面共体反射镜初始模型进行优化。优化结果表明,主镜面与四镜面通过以光轴为中心呈辐射形排列的筋板连接时刚度较高;通过自由尺寸优化获得主、四镜面和筋板的最佳尺寸参数;参考优化结果设计主、四共体反射镜,最终方案轻量化率达到82.4%。对主四反射镜模态及1g重力对面形RMS的影响进行分析,求得一阶频率达到417 Hz;1g重力作用下反射镜面形变化最大为λ/22(λ=632.8 nm)。分析结果表明,优化后的镜体刚度足够,且具有较好的抵抗重力变形能力。按照优化后的设计方案进行反射镜的加工和测试,主、四镜面形RMS实测结果均约λ/7,满足红外光学系统的性能要求,证明了本文优化设计方法的有效性,为双面共体反射镜的设计提供一定的借鉴作用。

主 题 词：双面共体反射镜 拓扑优化 自由尺寸优化 高轻量化 

学科分类：080901[080901] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 080401[080401] 0804[工学-材料学] 0803[工学-仪器类] 081102[081102] 0811[工学-水利类] 

D　O　I：10.5768/JAO202445.0101007

馆 藏 号：203125888...