大口徑多光譜通道波前測量系統(tǒng)設計
發(fā)布時間：2021-12-16 19:22
隨著波前測量技術的發(fā)展,具有多光譜通道的大口徑波前測量系統(tǒng)成為波前測量領域的研究熱點。設計了一種大口徑多光譜通道波前測量系統(tǒng),主要由前置RC縮束系統(tǒng)、調光組件、分光組件和波前傳感器等組成,有效口徑為450 mm,工作波段為0.5～0.8μm、0.9～1.7μm和3～5μm。給出了光學系統(tǒng)的設計參數(shù),描述了系統(tǒng)中光學元件的參數(shù)選擇,運用Zemax軟件完成了光學系統(tǒng)的建模和仿真。進行了機械系統(tǒng)的方案設計,并完成了系統(tǒng)的光機熱集成分析。測試了大口徑多光譜通道波前測量系統(tǒng)的各項參數(shù),結果表明該波前測量系統(tǒng)的有效口徑大于450 mm,在-10～50℃工作環(huán)境下,對可見光、近紅外、中紅外波段的波前均可實現(xiàn)高精度實時穩(wěn)定測量,系統(tǒng)的波前測量穩(wěn)定性優(yōu)于0.05λ（RMS,λ=532 nm）。
【文章來源】：紅外與激光工程. 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
光學系統(tǒng)結構Fig.2Layoutofopticalsystem
系統(tǒng)光路圖Fig.3Layoutofsystemopticalpathdiagram
支撐件、底板和支撐腳結構組成。根據(jù)材料的不同對模型中的元件進行材料參數(shù)的賦值。利用Patran軟件進行網格劃分，通過約束支腿位移的自由度來定義邊界條件，環(huán)境溫度設置為20℃，施加±30℃的溫度載荷，提交Nastran軟件進行計算。利用Patran實現(xiàn)結果關聯(lián)與分析，熱變形云圖如圖5所示。圖5系統(tǒng)位移云圖Fig.5Displacementdistributionofsystem溫度變化會引起鏡片面形變化和鏡片間距變化，利用Zernike多項式將鏡片熱變形數(shù)據(jù)進行面形擬合，得到各項Zernike系數(shù)[14]。文中采用MATLAB軟件對接口程序進行編程，可以提高數(shù)據(jù)的處理效率。將鏡片面形變化的Zernike系數(shù)和鏡片之間間距的變化帶入光學設計軟件Zemax中，得到系統(tǒng)溫度變化后的像差數(shù)據(jù)，如圖6所示。系統(tǒng)調焦到最佳像面位置，當溫度為10℃時，RMS值為0.039λ(RMS,λ=532nm)。當溫度為50℃時，RMS值為0.032λ(RMS,λ=532nm)。如圖7所示，系統(tǒng)在此溫度區(qū)間內的熱變形呈現(xiàn)線性規(guī)律，初始溫度20℃，10℃和50℃分別代表了系統(tǒng)的最大正負變形量，則在整個溫度區(qū)間內系統(tǒng)的熱變形均滿足光學系統(tǒng)的性能指標，因此系統(tǒng)的光機熱集成分析符合要求。文中使用的光機熱集成設計分析方法對大口徑雙鏡系統(tǒng)光機設計有很好的參考價值。2參數(shù)測試2.1系統(tǒng)裝調與測試本系統(tǒng)為反射式光學系統(tǒng)，裝調過程基于自準直檢測原理，面形和波像差檢測采用動態(tài)干涉儀。系統(tǒng)裝調由主鏡裝調及面形檢測、主次鏡聯(lián)調、測量光路圖4光機熱集成分析流程圖Fig.4Flowchartofintegratedoptical-mechanical-thermalanalysis圖6不同溫度下的波像差圖Fig.6Wavefrontaberrationatdifferenttem
【參考文獻】：
期刊論文
[1]采用五棱鏡掃描法檢測大口徑平面鏡的面形[J]. 袁理,張曉輝. 中國光學. 2019(04)
[2]哈特曼原理子口徑斜率掃描檢測及誤差研究[J]. 趙憲宇,薛棟林,程強. 紅外與激光工程. 2019(08)
[3]大口徑空間反射鏡大容差支撐結構設計與優(yōu)化[J]. 郭疆,朱磊,趙繼,龔大鵬. 光學精密工程. 2019(05)
[4]折/衍共口徑紅外雙波段位標指示器光學系統(tǒng)設計[J]. 岳寶毅,劉鈞,郭佳,陳陽,李漢. 紅外與激光工程. 2019(04)
[5]地平式離軸擴束光學系統(tǒng)裝調技術[J]. 趙奇,胡明勇,李明杰,封志偉,范二榮. 應用光學. 2018(04)
[6]大口徑光學元件瞬態(tài)波前檢測[J]. 孟詩,陳磊,朱文華,孫沁園,張瑞. 光電工程. 2018(01)
[7]變焦紅外雙波段投影鏡頭的光機熱分析[J]. 潘越,徐熙平,喬楊. 光學學報. 2018(05)
[8]紅外自適應系統(tǒng)中雙波段望遠鏡與紅外物鏡設計[J]. 張宣智,欒亞東,李元,孫婷,楊華梅. 應用光學. 2017(01)
[9]子孔徑拼接檢測凸球面技術研究[J]. 閆公敬,張憲忠. 紅外與激光工程. 2016(05)
[10]差分五棱鏡掃描法在波前檢測中的應用[J]. 湯兆鑫,黃瑋,許偉才,劉立峰,徐象如. 中國光學. 2014(06)
本文編號：3538693
【文章來源】：紅外與激光工程. 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
光學系統(tǒng)結構Fig.2Layoutofopticalsystem
系統(tǒng)光路圖Fig.3Layoutofsystemopticalpathdiagram
支撐件、底板和支撐腳結構組成。根據(jù)材料的不同對模型中的元件進行材料參數(shù)的賦值。利用Patran軟件進行網格劃分，通過約束支腿位移的自由度來定義邊界條件，環(huán)境溫度設置為20℃，施加±30℃的溫度載荷，提交Nastran軟件進行計算。利用Patran實現(xiàn)結果關聯(lián)與分析，熱變形云圖如圖5所示。圖5系統(tǒng)位移云圖Fig.5Displacementdistributionofsystem溫度變化會引起鏡片面形變化和鏡片間距變化，利用Zernike多項式將鏡片熱變形數(shù)據(jù)進行面形擬合，得到各項Zernike系數(shù)[14]。文中采用MATLAB軟件對接口程序進行編程，可以提高數(shù)據(jù)的處理效率。將鏡片面形變化的Zernike系數(shù)和鏡片之間間距的變化帶入光學設計軟件Zemax中，得到系統(tǒng)溫度變化后的像差數(shù)據(jù)，如圖6所示。系統(tǒng)調焦到最佳像面位置，當溫度為10℃時，RMS值為0.039λ(RMS,λ=532nm)。當溫度為50℃時，RMS值為0.032λ(RMS,λ=532nm)。如圖7所示，系統(tǒng)在此溫度區(qū)間內的熱變形呈現(xiàn)線性規(guī)律，初始溫度20℃，10℃和50℃分別代表了系統(tǒng)的最大正負變形量，則在整個溫度區(qū)間內系統(tǒng)的熱變形均滿足光學系統(tǒng)的性能指標，因此系統(tǒng)的光機熱集成分析符合要求。文中使用的光機熱集成設計分析方法對大口徑雙鏡系統(tǒng)光機設計有很好的參考價值。2參數(shù)測試2.1系統(tǒng)裝調與測試本系統(tǒng)為反射式光學系統(tǒng)，裝調過程基于自準直檢測原理，面形和波像差檢測采用動態(tài)干涉儀。系統(tǒng)裝調由主鏡裝調及面形檢測、主次鏡聯(lián)調、測量光路圖4光機熱集成分析流程圖Fig.4Flowchartofintegratedoptical-mechanical-thermalanalysis圖6不同溫度下的波像差圖Fig.6Wavefrontaberrationatdifferenttem
【參考文獻】：
期刊論文
[1]采用五棱鏡掃描法檢測大口徑平面鏡的面形[J]. 袁理,張曉輝. 中國光學. 2019(04)
[2]哈特曼原理子口徑斜率掃描檢測及誤差研究[J]. 趙憲宇,薛棟林,程強. 紅外與激光工程. 2019(08)
[3]大口徑空間反射鏡大容差支撐結構設計與優(yōu)化[J]. 郭疆,朱磊,趙繼,龔大鵬. 光學精密工程. 2019(05)
[4]折/衍共口徑紅外雙波段位標指示器光學系統(tǒng)設計[J]. 岳寶毅,劉鈞,郭佳,陳陽,李漢. 紅外與激光工程. 2019(04)
[5]地平式離軸擴束光學系統(tǒng)裝調技術[J]. 趙奇,胡明勇,李明杰,封志偉,范二榮. 應用光學. 2018(04)
[6]大口徑光學元件瞬態(tài)波前檢測[J]. 孟詩,陳磊,朱文華,孫沁園,張瑞. 光電工程. 2018(01)
[7]變焦紅外雙波段投影鏡頭的光機熱分析[J]. 潘越,徐熙平,喬楊. 光學學報. 2018(05)
[8]紅外自適應系統(tǒng)中雙波段望遠鏡與紅外物鏡設計[J]. 張宣智,欒亞東,李元,孫婷,楊華梅. 應用光學. 2017(01)
[9]子孔徑拼接檢測凸球面技術研究[J]. 閆公敬,張憲忠. 紅外與激光工程. 2016(05)
[10]差分五棱鏡掃描法在波前檢測中的應用[J]. 湯兆鑫,黃瑋,許偉才,劉立峰,徐象如. 中國光學. 2014(06)
本文編號：3538693
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