摘要：In order to suppress the effect of the temperature variation on the wavefront of the laser communication terminal, the secondary mirror support with flexure hinges is designed. The series-wound straight-circle flexure hinge is designed to achieve the maximal variation range of the flexibility or stiffness with the limit of flexure hinges' geometrical size. The position and quantity of the flexure hinges are determined to control the deformation direction of the secondary mirror. In order to search the direction in which the wavefront aberration is minimum, the flexure hinges' parameters are optimized with the system wavefront aberration as the optimization objective. The prototype of the laser communication terminal is constructed and the value of the wavefront aberration is measured under the condition of 20±2°C. Experimental results show that the value of the wavefront aberration root mean square(RMS) is reduced from 0.066λ to 0.042λ, meeting the requirement of RMS less than 1/20λ(λ=632.8 nm). The athermal design method presented in this paper provides a novel way for the athermal design of the small aperture mirror support in off-axis optical systems.

摘要：通常测色分光光度计均由两个独立且完全相同的分光系统组成,为实现测色分光光度计小型化、轻量化,提出一种双光束分光系统设计。将传统的分光系统进行改进,使一个分光系统实现双光束分光系统的功能,用两个小狭缝代替一个狭缝,即可实现两束光谱同时探测。分析了双光束分光系统的工作原理及设计要求,设计了一个用于便携式测色分光光度计的分光系统。设计的Czerny-Turner结构双光束分光系统采用超环面成像镜,可以较好的校正像散,防止两束光谱串扰,两束光谱在探测器上完全没有重叠,光谱分辨率小于10nm,谱面长度9.12mm,体积仅为57mm×54mm×23mm,满足设计指标要求。通过与相同设计指标的单光束分光系统比较得出,采用双光束分光系统的改进型测色分光光度计比传统的测色分光光度计减少了一整套分光系统,从而使体积大幅缩小。该方法特别适用于便携式测色分光光度计,也可适用于其他双光束分光光度计。

摘要：针对空间光学遥感器在轨运行期间其热物理属性的实际参数与热设计参数之间存在一定的偏差,从而影响整机热设计的问题,本文基于系统灵敏度理论,对空间光学遥感器的热设计进行了分析,并建立了在轨条件下的热平衡方程组。通过分析热平衡方程组的设计变量,总结出影响整机温度分布的热设计参数。以某空间光谱成像仪热设计为例,分析了上述影响整机温度分布的设计参数的灵敏度。灵敏度分析结果表明:整机平均温度对太阳吸收系数的灵敏度几乎为零;对红外半球发射率的灵敏度为2.2～14.55℃;对内部热源的灵敏度为1.8～2℃/W;对导热率的灵敏度为2.25×10-3～4.39×10-2 m℃2/W;对接触导热系数的灵敏度为0～1.1×10-3 m2℃2/W。试验验证结果表明,基于灵敏度分析结果的热控设计方案有效且可行。

摘要：高性能光学系统装调的调整量与光机结构设计相关,而装调所用参考坐标系往往与光学设计所用的坐标系不同。为了精确描述调整量对高斯像位置的影响,本文在基准坐标系下建立了引入装调误差量的高斯光学齐次坐标变换模型。针对具体的光机结构,建立了高斯像像旋和离焦对调整变量的函数,据此计算小的结构变化导致的离轴三反望远物镜高斯像面的移动,结果显示其与光学设计软件对最佳像面位置优化结果的相对差小于4%。利用方差合成方法建立线性规划模型,对17个装调变量做了最宽松的误差分配方案。用Monte Carlo法验证了分配方案,结果表明,该方案在±300μm调焦能力下满足各视场±10μm的焦深要求。本文的方法忽略了复杂、微小像差的影响,适用于含多个已做内部精装的光学组件或平面反射镜的复杂成像光学系统的装调。

摘要：为了代替人眼对物体表面的颜色进行信息检测,设计了LED光源手持式分光测色仪。首先,通过计算不同测量波长分布和分辨率在标准光源照射下的三刺激值,比较它们的相对误差,选取了波长分布为400~700 nm、分辨率为10 nm作为光源的主要设计参数。接着,对照明光源进行研究,通过对卤钨灯、脉冲氙灯与LED光源的均匀色空间坐标进行对比,选取了LED光源作为仪器的照明光源。然后,讨论了不同照明和观测条件及人眼观测颜色的差异,选取以45°方向照明、0°方向接收作为照明和观测条件。最后,进行了照明系统设计和总体结构设计。实验结果表明,测色仪目标中心位置的最大光照强度为9.91×10-3 lm/mm 2,平均照度为7.06×10-3 lm/mm 2,基本满足了手持式分光测色仪精度较高、轻小型化、光照充足且均匀的设计要求。

摘要：为精确测量氮气中痕量甲烷(CH4)浓度,设计并搭建了基于三角环形腔的连续波光腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量装置。衰荡腔为自主加工设计,由一片曲率半径为1 m直径为25 mm的凹面镜和两片直径为12.7 mm的平面镜围成,腔内光路总长为410 mm,腔体材料为殷钢。首先,对系统的基线损耗进行了测量,随后利用氮气作为混合气配置了五种不同浓度的CH4与N2的混合气,利用CH4在1 653.7 nm的吸收峰(CH42ν3带R5支)对气体进行检测,并根据吸收谱线特性,利用洛伦兹线型函数通过最小二乘法拟合出衰荡时间常数τ并计算CH4浓度,所搭建装置对甲烷浓度(体积分数)的检测灵敏度可达54×10^-9(五点四亿分之一)。最后对浓度为510×10^-9(五千一百万分之一)的CH4在6 046.7~6 047.2cm^-1范围内的吸收光谱进行了测量,并将测得数据依照腔自由光谱范围(FSR)分组后分别拟合出τ和吸收系数,将所得CH4吸收系数与数据库中数据相比,其最大误差低于1.2×10^-9 cm^-1,最高精度达8.8×10^-11 cm^-1。

摘要：为确保空间光谱成像仪的温度水平和温度梯度满足指标要求,分析讨论了空间光谱成像仪整机热设计的特点,根据其结构特点和导热路径,给出了整机热设计方案。采用有限元数值分析方法,建立了整机热平衡方程和热分析计算模型,应用有限元热分析软件IDEAS-TMG在给定温度边界条件下进行稳态仿真分析,给出了整机热响应性能以及关键部件稳态温度分布云图。热分析结果表明,整机平均温度水平为17.3～23.7℃,温度梯度最大值为1.3℃,获得的分析结果能够满足热控指标要求,为提高整机的可靠性和热设计优化提供了理论依据。最后,通过试验对热设计方案进行了验证,验证结果与数值分析结果吻合较好,其最大偏差均不超过8%,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。试验过程中整机平均温度水平为17.2～22.5℃,温度梯度最大值为1.4℃。

摘要：光栅作为小型光谱仪器分光系统的核心,采用不同种类的光栅制作分光仪器时其结构形式也不尽相同。文中为设计一个工作波段在340～800nm,分辨率优于15nm,谱面长度28.71mm的比色仪光学系统,通过对比常见光谱仪结构的优缺点,选择平场凹面光栅作为最终的结构形式,采用长波通滤光片实现对二级光谱重叠的消除,并对比色仪光源系统进行设计,平场凹面光栅光学系统分辨率优于10nm,全系统大小约为190mm×15mm×60mm的光学装置,平场凹面光栅采用市场现有的光栅。不仅满足设计要求,而且元件较少,有利于装调和批量化生产。

摘要：为满足航天应用中仪器小型和轻量化、大视场的观测要求,通过分析现有Offner成像光谱仪,给出了一种简单的采用凸面光栅设计成像光谱仪的方法。并据此方法设计了一应用于400km高度,波段范围为0.4～1μm,焦距为720mm,F数为5,全视场大小为4.3°的分视场成像光谱仪系统。分视场采用光纤将望远系统的细长像面连接到光谱仪的三个不同狭缝而实现。三狭缝光谱面共用一个像元数为1 024×1 024,像元大小18μm×18μm的CCD探测器。通过ZEMAX软件优化和公差分析后,系统在***-1处MTF优于0.62,光谱分辨率优于5nm,地面分辨率小于10m,能很好的满足大视场应用要求,该光学系统刈幅宽度相当于国内已研制成功的同类最好仪器的三倍。

摘要：光电跟踪和测量设备用于测量飞行器在空中的飞行轨迹,作为飞行器飞行性能的评价。随着现代技术的发展,对飞行器性能提出愈来愈高的要求,从而也对跟踪和测量飞行器飞行轨迹的光电跟踪和测量设备提出了相应的技术进步要求,特别是对其测量精度指标。如何做好和完善误差分析、误差分配和误差综合,成为研制更高性能的光电跟踪测量设备总体设计中的一个重要问题,贯穿从可行性论证、方案论证、方案设计、设计、制造、装调、直到试验等整个研制过程。就这一类设备中最为复杂的机载光电跟踪测量设备的目标定位误差(即3轴上的测量误差),通过建立从被测目标到地面中心测量站9 个坐标系,进行31次线性变换,构造35个变量的统一测量方程;进行测量误差因素的分析和分配,以及用蒙特卡洛法来分析和计算系统的目标定位误差。