摘要：受限于制造技术,大多数仿生复眼的传感器为平面结构,与生物复眼的曲面结构存在差异,限制了其成像质量和视场扩展。本文设计制造了一个模拟生物复眼结构的大视场仿生复眼,将16块8.5mm CCD传感器组成2×8的曲面阵列,并设计制造了配套的单层结构的曲面2×8透镜阵列,各透镜与传感器成一一垂直对应关系,贴合了生物复眼的结构特征,消除了传统复眼的离轴像差。通过引入光学自由曲面和非球面,保证了单层结构透镜阵列的成像质量,单层透镜阵列降低了系统的制造及装配难度。系统实现了180°×75°视场范围内无盲区的图像采集。实验结果表明,与传统鱼眼镜头相比,本文系统畸变更小,分辨率更高。

摘要：基于人眼-镜片联合模型提出了一种实际观察状态下测量自由曲面镜片波前像差的方法,该方法不同于焦度计及现有的哈特曼-夏克波前像差传感器测量眼镜片后表面波前像差的方法。阐述了一种在实际观察状态下眼镜片顶球面上的波前像差测量方法的原理。基于该原理设计、研制了相应的测量装置,并使用该测量装置自动扫描测量得到眼镜片顶球面上的波前像差和配戴者屈光度参数。实验结果验证了该测量装量可以实现模拟实际观察状态下自由曲面镜片波前像差的测量,有助于评价自由曲面镜片的成像质量和加工质量,以及指导镜片的设计和优化。

摘要：超薄曲面镜在微型传感器、仪器小型化、重力测量等领域有着重要应用,但受加工难度、装卡精度等因素的限制,其力学性能、结构模态受材料参数影响的规律目前尚未明确,本文基于有限元仿真对超薄曲面镜的力学性能和结构模态进行了数值分析与研究,采用正交试验法研究了超薄曲面镜固有频率与制备材料的密度、杨氏模量以及泊松比的关系,对超薄曲面镜的加工选材、装卡设计、面形误差分析等具有重要的参考价值。研究结果表明,受力分布是影响超薄曲面镜形变的主要因素,而对于特定参数的超薄曲面镜,材料密度、泊松比与反射镜固有频率呈近似反比例的关系,杨氏模量与固有频率呈近似正比例关系。

摘要：激光车灯对比于LED车灯,具有能耗小、体积小、亮度高等优点,是汽车车灯发展的新方向。提出了一种激光车灯的完整的设计思路。光源采用激光二极管激发荧光片得到白光。通过搭建光学检测平台研究激光驱动白光光源的光学特性,通过机器视觉的方法研究荧光片前后光斑的形状和尺寸的变化,从而精确地建立光源的仿真模型,为后续的光学设计提供理论依据。通过非成像光学设计方法,设计了Fresnel透镜实现了对激光的整形,并利用超精密车削实现透镜的加工。完成了车灯的设计和组装,并通过光学仿真和光学实验验证了设计的正确性。

摘要：Fresnel透镜是最常见的太阳能聚光镜之一,曲面Fresnel透镜通常比平面Fresnel透镜具有更加优越的性能。基于非成像光学理论,提出了一种新型曲面Fresnel透镜的设计方法。曲面Fresnel透镜采用圆锥曲面基底,在满足Fresnel透镜机械参数要求的前提下,实现Fresnel透镜第二工作面面型的求解。基于可加工性的要求,利用该方法设计了不同形状的曲面Fresnel透镜,通过光学仿真分析了曲面Fresnel透镜的结构参数对聚光镜会聚比、容忍角、光照均匀性的影响,并分析了超精密加工条件下,由于加工误差对光学效率的影响。该设计方法为参数化曲面Fresnel透镜的分析提供了一种新的途径。仿真结果表明,具有小深宽比的曲面Fresnel透镜具有更好的均匀性和更高的能量利用率。

摘要：提出了一种准直型LED自由曲面二次光学元件的设计方法,基于光线追迹,满足光学元件的光学要求和曲面连续性的几何要求,简化了自由曲面设计过程,实现程序化设计。自由曲面的应用以能够实现自由曲面的制造为前提,基于自由曲面的可加工性,提出设计方法可结合加工需求灵活更改设计参数,设计自由度高,实验验证了设计方法的正确性。

摘要：针对硬脆材料硬度高、脆性大、可加工性能差,采用普通加工方法难以进行复杂曲面加工的问题,提出了一种新型的复合加工机床结构,具有五轴铣削、超声辅助磨削和电火花加工等复合加工能力.提出了非接触式旋转超声辅助磨削加工方式并对原型装置进行开发,利用电磁转换式供电方法,实现超声电源和振动系统间的非接触供电,并对相关参数进行了设计.开发了基于复合加工的开放式数控系统,实现了放电粗加工、旋转超声辅助磨削加工和脉冲放电加工方法的集中控制、协调和融合.最后通过实验验证了机床的复合加工能力,证明了硬脆材料复杂形面的超声辅助加工能力.

摘要：误差滤波和分离技术是超精密加工中的关键技术之一。采用误差递减法修正加工路径,利用修正的高斯权函数对测量表面进行滤波处理,设计并完成了整个误差递减系统,实现非球面的超精密车削加工,并在很大程度上提高其表面精度(P-V值)。通过实验验证,利用该加工方法,提高了加工效率,可明显地提高非球面的表面精度,最终达到面形精度小于200nm。

摘要：当材料切削厚度达到纳米级别,材料去除机理理论尚不成熟,需要通过分子动力学模拟仿真来研究纳米级切削仿真,从而进一步研究材料去除的机理。对于材料的去除方式,主要就不同刀具形状及切削角度来详细讨论了材料的去除方式。在切削前角较小的情况下,材料去除主要以推挤方式去除。由于在纳米级尺度下,随着刀具的移动,刀具前端的单晶硅变为非晶状态,原子晶格变为无序状态,一部分原子向上移动形成切屑,材料去除是不可能类似剪切方式有面的滑移的方式去除的,只能以原子方式去除,故只能以推挤方式进行材料去除。

摘要：构建了一种能够直接输出高功率贝塞尔超短脉冲的光纤激光放大器.该方案基于在光纤端面特殊设计和制备的微型负轴锥镜,针对常规超短脉冲光纤激光放大系统所设计,不需要引入其他分立整形器件,避免了目前基于轴锥透镜产生贝塞尔光束的通用方法所带来的额外烦琐准直工作,极大简化了产生贝塞尔光束的方法.其中的微型负轴锥镜由聚焦粒子束刻蚀法在一段掺镱大模场光子晶体光纤的端面制备,它和光纤激光系统中的固有准直透镜构成了集成化的光束整形器件.基于数值模拟结果成功搭建的系统与理论设计一致,直接输出了在米量级具有高度准直无衍射特性的啁啾皮秒贝塞尔超短脉冲波包,平均功率高达10.1W,对应脉冲能量178nJ,经过光栅对压缩后脉冲宽度可达140fs.