摘要：从薄板弹性理论出发,对可实现曲率变化的环形线负载驱动模型进行分析,给出了基于该模型的大镜厚比变曲率反射镜的形变方程.以较小的驱动力实现较大的中心形变为目标,利用MATLAB软件对不同反射镜厚度、驱动环半径下的反射镜形变情况进行模拟计算,结果表明,反射镜厚度范围在2~4 mm之间、驱动环半径数值在反射镜有效半径1/2处最佳.以此为依据,设计并研制了口径为100 mm、厚度为3 mm的铍青铜环形线负载驱动变曲率反射镜结构及原型样片,给出了变曲率反射镜整体结构前10阶的振动模态分析结果.完成装配后,反射镜原型样片的面形精度接近λ/30（λ为波长）.对该结构进行极限曲率变化和面形精度保持的验证实验,通过对变曲率反射镜结构进行改进,环形线负载驱动能够实现超过30个波长（632.8 nm）的中心形变,且面形精度的变化与反射镜中心矢高的变化呈弱相关.

摘要：以环形线负载驱动模型为基础,分析了环形线负载驱动变曲率反射镜难以兼顾大中心形变与高精度面形保持的原因;从薄板弹性理论出发,得到了一种气动驱动变厚变曲率反射镜物理模型.理论分析表明,将反射镜的厚度分布从等厚改为变厚,并采用气压均匀驱动替代推力环环形驱动,反射镜不仅能产生大的中心形变,而且在形变过程中的面形精度也远高于环形线负载驱动变曲率反射镜的.基于超硬铝反射镜样片的试验验证了对变厚变曲率反射镜的理论分析;试验中,反射镜初始面形精度接近λ/50(632.8nm),施加0.032 MPa驱动气压产生约22μm中心形变时,反射镜面形精度依然优于λ/20(632.8nm),证明该气动驱动结合变厚设计这一技术具有较大的应用潜力.

摘要：激光射孔是油井完井工程领域一项具有前瞻性的技术,对提高石油资源采收率具有重要的应用价值。为提高油井激光射孔所使用的激光功率和激光传输的安全性,利用19台光纤传输972nm半导体激光器实现了10 kW级激光空间非相干合束。通过分析参与合束的准直激光束的半径、间距与合束激光的光斑重叠率之间的变化规律以及模拟合束激光横截面能量分布,完成激光空间非相干合束器的结构设计。在300mm的合束长度内实现了具有单一光束形态且最大合束功率达到10.441 kW、焦斑直径21 mm、线宽2.46 nm的空间非相干合束激光输出,合束效率达到98.2%。利用10 kW空间非相干合束激光完成了针对砂岩和钢板的地面激光射孔实验,射孔深度分别达到570mm和70mm。

摘要：为了提高大口径望远镜的装调效率,对具有三点支撑变形的大口径三反射消像散望远镜在装调过程中的像散场分布进行了研究。采用矢量像差理论和孔径坐标变换,分析了在孔径光阑和非孔径光阑处反射镜存在三点支撑变形时,像散在望远镜失调和非失调情况下的分布特性。最后,在光学设计软件CODE V中利用条纹Zernike多项式Z10和Z11来模拟反射镜三点支撑变形引入的面形误差,通过实际光线追迹对像散场分布特性进行了验证。分析结果表明:当三点支撑变形位于主镜(孔径光阑)上时,不会影响望远镜的像散场分布;当三点支撑变形位于次镜或三镜(非孔径光阑)上时,将会产生与视场共轭成线性的像散项,导致望远镜在失调或非失调情况下的像散出现不同的分布特性。在最终装调时,通过分析像散场的分布可对望远镜的装调状态进行定性的分析,从而为大口径三反射消像散望远镜的装配提供指导。

摘要：运用自由曲面设计一款大视场离轴三反光学系统,该系统焦距为2 000mm,F数为12,视场角为35°×1°,主镜和三镜采用XY多项式自由曲面设计,且主镜设计为凸面,使子午视场达到35°,进一步拓宽了成像视场.基于优化后的XY多项式系数,利用Matlab软件仿真出主镜和三镜的XY自由曲面面型.设计结果表明,全视场内该系统的光学传递函数在63lp/mm处优于0.4,弥散斑直径小于一个像元尺寸,最大相对畸变小于3%,波像差均优于λ/14,系统能量集中度高,成像质量接近衍射极限.可见自由曲面在提升离轴反射式光学系统的成像视场和成像质量方面具有很大优势,该系统克服了传统离轴反射式光学系统子午方向视场角小的缺点,适合大幅宽推扫成像.

摘要：在介绍双臂式电场仪探测原理的基础上,给出了子午工程探空火箭搭载的双臂式电场仪的具体设计.为了降低探针的不对称和不一致性,采用了铝制球形探针设计,使用石墨涂层以减少表面不均匀性,并采用独特的外形设计来消除支撑臂阴影影响;在信号处理部分,为了能提高系统动态范围,采用了分频段处理的方法.最后,结合整体系统设计的需要提出了几点误差考虑,并给出了系统性能测试结果.所设计的电场仪带宽0～5MHz,直流探测范围为0.1mV/m～±1V/m,交流探测范围为10μV/m～50mV/m,可以实现对电场强度为0～±1V/m的空间电场进行二维测量.

摘要：空间主反射镜拼接化是未来宇宙观测的发展趋势之一,相比传统的整镜形式空间主镜,拼接主反射镜具有大口径、突破运载器整流罩尺寸限制、高分辨率、轻质和主动调节等特点。根据国内外相关文献和研究项目中主反射镜的拼接化结构形式不同,将可展开拼接式空间主反射镜分为了在轨展开式、在轨拼接式和在轨分布式等三大类,并分别阐述了三种空间拼接主镜的概念、特点与拼接结构形式。按照三种分类形式分别介绍了目前已知的空间拼接式主反射镜项目的研究背景和研究内容。归纳了主反射镜拼接化结构所涉及的关键技术,总结了空间主反射镜拼接化结构设计在拼接精度和面形精度两个方面的研究难点。

摘要：激光表面热处理技术是进行金属材料表面强化和改性的最有效手段之一。为实现高速、柔性激光表面热处理,按照矩阵平行排列18束光纤输出的972 nm半导体激光束,通过光束准直和空间非相干合束,获得了具有矩形光斑特征的10 kW级合束激光。在理论分析准直激光束的半径、相邻光束间距与合束激光的光斑搭接率之间变化规律、采用Code V光学设计软件建立合束器结构模型及TracePro光学仿真软件模拟合束激光光斑能量分布的基础上,完成了10 kW级18×1矩形光斑激光非相干空间合束器的研制。在200 mm的合束长度内实现了具有单一矩形光斑形貌、最大合束功率10.249 kW、焦斑尺寸31 mm×11 mm、中心波长972.34 nm、谱线宽度2.27 nm的合束激光输出。

摘要：设计了一种大视场空间光学探测系统,结合空间目标特性及探测器性能指标计算了系统参数,确定了系统的技术指标,实现了对空间255 km处目标9等星的探测。系统采用离轴三反式光学结构,工作波段为400～900 nm,焦距为64 mm,视场角为30°×30°。系统的主镜和三镜分别采用Zernike多项式和XY多项式自由曲面进行设计,对系统进行光线追迹获取了自由曲面的离散点数据,利用Matlab对获得的离散点进行拟合,得到了主镜和三镜的自由曲面面型。系统的能量集中度高,成像质量良好。

摘要：针对星载可见光相机成像模拟在逼真度和灵活性方面的综合仿真应用需求,研究并提出了一种以三维场景为基础,以光线追踪技术为主要渲染核心,综合考虑卫星轨道和姿态、光照条件、物体光谱特性和周边环境、大气传输、遥感器成像性能等影响因素的全光路成像模拟技术的仿真模型.文中首先从完备性及可扩展性的角度尝试建立了成像仿真系统的综合模型框架,对整个成像链中的各个重要环节进行分层及模块化,并结合目前现有三维技术、光线追踪技术、传感器仿真技术的特点设计各模块之间的调用及接口关系,使其能在较好利用现有计算模型的同时能够对新的算法模型实现有效兼容.随后讨论了模型目前使用的镜头前辐亮度计算模块、光线路径计算模块和传感器效果仿真模块,并针对简单空间探测场景用C++编程语言实现了系统框架和关键模型,生成模拟图像,结果证明该模型在深空光照及大气效果方面有较好的表现,具备较高的仿真度和良好的适应性、扩展性,能够有效支撑卫星光学成像系统的指标论证、算法评估以及效能预估等应用.