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角锥阵列改善固体热容激光器光束质量

强激光与粒子束 2008年第8期20卷 1257-1260页

作者：蒋东镔徐美健胡东霞段文涛蒋新颖於海武中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

为改善光束远场质量,探索研究了角锥反射器的应用,利用角锥棱镜的准相位共轭特性,将角锥棱镜阵列作为热容激光器的后腔镜,抑制腔内波前畸变,并通过数值模拟计算对角锥阵列的单元边长进行优化设计。实验结果表明:角锥阵列对光束远场质量... 详细信息

为改善光束远场质量,探索研究了角锥反射器的应用,利用角锥棱镜的准相位共轭特性,将角锥棱镜阵列作为热容激光器的后腔镜,抑制腔内波前畸变,并通过数值模拟计算对角锥阵列的单元边长进行优化设计。实验结果表明:角锥阵列对光束远场质量有明显的改善,当角锥阵列的单元边长为4 mm时,实现光束远场7倍衍射极限输出。

关键词：固体热容激光器角锥阵列准相位共轭光束质量

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角锥阵列相位精密调整机构设计与锁相控制

角锥阵列相位精密调整机构设计与锁相控制

作者：余焘中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

学位级别：硕士

角锥棱镜是一种光束回射元件,通过三个互相垂直的反射面,能将入射光线原路返回,该特性让其在目标跟踪、光学测距等领域有重要做用。受限于角锥结构与加工精度原因,常见角锥棱镜口径较小,常采用阵列方式组成大口径的后向反射器。组成阵... 详细信息

角锥棱镜是一种光束回射元件,通过三个互相垂直的反射面,能将入射光线原路返回,该特性让其在目标跟踪、光学测距等领域有重要做用。受限于角锥结构与加工精度原因,常见角锥棱镜口径较小,常采用阵列方式组成大口径的后向反射器。组成阵列后由于安装误差等原因,阵列中角锥棱镜之间会存在空间位置差异,在光束传播过程中引入活塞相位误差。目前对于角锥棱镜的研究主要集中在角锥本身的加工误差上,没有对阵列中角锥棱镜之间空间位置误差造成的反射效率下降提出有效的解决方法。为此,本文设计了角锥阵列相位精密调整机构,以及研究了其锁相控制方法,为提升角锥阵列性能与扩展应用场景做出贡献。首先本文通过光束运动学的方法明确了角锥棱镜实现原路返回的基本原理,并通过傅里叶光学的方法建立了反射光束远场仿真模型。然后对机构进行了基础设计与加工,通过实验的方法验证了仿真模型的正确性、检测方法的有效性以及机械原理的可靠性。接着,不直接测量角锥棱镜的空间误差,采用相干合成领域的锁相控制的方法,通过对反射光束的相位控制,达到校正角锥阵列子孔径间空间位置误差的目的。对锁相控制算法,通过模拟仿真的方式,进行了对比与研究。最后,基于前面机构的验证,对结构进行优化与改进;基于锁相控制的方法,实现了闭环控制的收敛。实验结果表明,本次课题的角锥阵列相位精密机构与锁相控制算法,能够有效的提升角锥阵列的使用效率,并且有一定的稳定性。除此之外,本次课题扩展了角锥阵列的使用场景,角锥阵列不再局限于光学反射器,还可以作为相位调制器实现光学系统中的活塞相位控制。以其单元性、纯粹性、稳定性、可扩展性在相位调制领域有独特作用,本次课题设计的机构通过实验生成涡旋光,证明了其活塞相位调制能力。

关键词：角锥棱镜角锥阵列锁相控制相位调制涡旋光束

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角锥阵列反光性能研究

角锥阵列反光性能研究

作者：段明辉集美大学

学位级别：硕士

随着聚合物表面微结构制造工艺的日益成熟,对光学薄膜的各种性能的要求越来越高。道路交通反光膜采用角锥阵列结构实现光线逆反射效果。因此,角锥结构的仿真设计对于缩短反光膜的产品开发周期和节约成本具有重要意义。微棱镜型反光膜存... 详细信息

随着聚合物表面微结构制造工艺的日益成熟,对光学薄膜的各种性能的要求越来越高。道路交通反光膜采用角锥阵列结构实现光线逆反射效果。因此,角锥结构的仿真设计对于缩短反光膜的产品开发周期和节约成本具有重要意义。微棱镜型反光膜存在着有效入射角范围低（广角性）、不同方位角的逆反射效率相差大（方向各异性）和发散性能差的问题。在本文中,解决广角性差和改善方向各异性较为简单的方法是改变角锥单元倾斜角和采用拼接方式。基于几何光学原理,使用光线追踪软件计算了不同结构角锥阵列的逆反射效率。基于微棱镜反光膜的逆反射原理,分析了角锥单元的倾斜角度、入射光角度和拼接结构对逆反射效率的影响。结果表明,当使用倾斜角锥阵列时,方位角0°方向的逆反射效率提高了20%以上。采用不同倾角拼接结构后,不同方向逆反射效率的最大偏差降低了10%以上。将角锥阵列倾角的仿真结果与反光膜的亮度测试结果进行对比,逆反射效率的变化趋势一致,证实了仿真模型的可靠性。并通过改变材料折射率和衬底厚度优化了角锥阵列的反光性能。微棱镜型反光膜要求有一定的观测角,而正角锥反光膜存在大观测角亮度低的问题。解决其发散性问题较为有效的方法是改变角锥棱镜的二面角偏差,同时叠加微透镜的结构。在本文中,基于几何光学原理,理论分析了二面角偏差和透镜曲率半径对发散角的影响。针对不同角锥棱镜叠加微透镜组合结构,利用光学仿真软件,分析了微透镜的曲率半径和二面角偏差对光线发散性的影响。结果表明,随着二面角偏差的增大,偏转角线性增加;微透镜的曲率半径越小,发散角越大;使用微透镜叠加二面角偏差的角锥棱镜能实现光线非均匀发散,尤其是凹透镜+负二面角偏差角锥棱镜,或者凸透镜+正二面角偏差角锥棱镜的组合方式,可以实现光线从中心到外部连续的的非均匀发散。分析了在最佳衬底厚度20微米下,不同匹配方式和不同匹配度对角锥阵列发散性能的影响。当匹配度=1时,结果表明当取标准角锥阵列的时候,随着曲率半径的增大,光线发散的范围会减小。随着二面角偏差的增大,偏转的幅度越大。中心高照度区域范围是先增大后加减小。当匹配度＜1时,横移失配时:随着匹配度的降低,中心的高照度区域往横向集中后开始往四周扩散最后纵向集中。高照度区域的照度大小是先减小后增大。竖移失配:可以看出高照度区域在竖直方向随着匹配度的降低,表现为照度中心竖直偏移,高照度区域的照度是先减小,后增大。

关键词：几何光学反光性能仿真分析角锥阵列结构设计

角锥单元倾斜角和拼接结构对逆反射效率的影响

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激光与光电子学进展 2022年第13期59卷 233-242页

作者：杨光段明辉李真真陈建华集美大学海洋装备与机械工程学院福建厦门361021 福建夜光达科技股份有限公司福建泉州362200

微棱镜型反光膜存在着有效入射角范围小(广角性)和不同方位角的逆反射效率相差大(方向各异性)的问题,解决上述问题较为简单的方法是改变角锥(CCR)单元倾斜角和采用拼接结构。基于几何光学原理,使用光线追踪软件计算了不同结构的CCR阵列... 详细信息

微棱镜型反光膜存在着有效入射角范围小(广角性)和不同方位角的逆反射效率相差大(方向各异性)的问题,解决上述问题较为简单的方法是改变角锥(CCR)单元倾斜角和采用拼接结构。基于几何光学原理,使用光线追踪软件计算了不同结构的CCR阵列。基于微棱镜反光膜的逆反射原理,分析了CCR单元的倾斜角度、入射光角度和拼接结构对逆反射效率的影响。结果表明,当使用倾斜CCR阵列时,方位角0°方向的逆反射效率提高了20个百分点以上。采用不同倾斜角拼接结构后,不同方向逆反射效率的最大偏差降低了10%以上。将CCR阵列倾斜角的仿真结果与反光膜的亮度测试结果进行对比,发现逆反射效率的变化趋势一致,证实了仿真模型的可靠性。以上研究结果可用于微棱镜反光膜的结构设计和优化。

关键词：几何光学角锥阵列逆反射效率倾斜角拼接结构

基于微棱镜的反光结构及反光膜原始模超声加工研究

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基于微棱镜的反光结构及反光膜原始模超声加工研究

作者：商开集美大学

学位级别：硕士

随着社会的发展和科技的进步，交通、服装、广告等领域对微棱镜反光材料的需求越来越大。微棱镜结构尺寸小、加工难度大，国内尚没有掌握其核心技术。为了缩小国内与国外的技术差距，增强我国在微棱镜反光膜方面的技术实力，对微棱镜反... 详细信息

随着社会的发展和科技的进步，交通、服装、广告等领域对微棱镜反光材料的需求越来越大。微棱镜结构尺寸小、加工难度大，国内尚没有掌握其核心技术。为了缩小国内与国外的技术差距，增强我国在微棱镜反光膜方面的技术实力，对微棱镜反光结构光学性能及其加工的研究显得尤为迫切。本文以微棱镜反光结构为研究对象，对单个角锥的正入射光学特性、斜入射光学特性、角锥阵列光学特性、角锥改进结构等进行分析。同时，搭建超声弯曲振动刨削试验系统，对角锥结构的加工进行研究。主要内容如下： (1)采用几何光学和数学分析方法对立方角锥棱镜的正入射光学轨迹进行了分析。建立了合理的立方角锥棱镜分析模型。对正入射时光线在角锥内部的传播进行了分析。分析了正入射时无效光产生的原因，对无效光最终的出射方式进行了研究。研究了角锥各表面失效对底面有效面积的影响，发现侧面上靠近顶点的区域比外沿区域对于角锥正入射有效面积的影响更大。 (2)利用数学分析和软件仿真方法对光线斜入射时角锥棱镜逆反射率进行了分析。对射入角锥内部的折射光线进行了分类。给出了全反射条件对折射光线方向向量的限制。使用光学软件对特定平面内斜入射光线逆反射率随入射角度的变化进行了仿真分析，给出了逆反射率数据和逆反射率随入射角度变化的曲线。发现特定平面内能逆反射的光线入射角度位于角度范围在－70°50°之间范围内。在－67°69°范围内时，逆反射率曲线产生了次波峰。 (3)对角锥阵列中的无效光进行了分析。建立了立方角锥棱镜阵列模型，分析了角锥排列特点。对带连接层的角锥阵列无效光线传播规律进行了分析。发现角锥阵列中的无效光可以沿着与入射方向反向平行的方向射回。运用光学仿真软件对单个无效区域及角锥阵列的逆反射率随连接层厚度的变化规律进行了分析，给出了逆反射率随着连接层厚度变化的曲线。证明连接层对阵列的逆反射率有重要影响。给出了合理设计角锥阵列的建议。 (4)研究了以立方角锥结构为基础改进的角锥结构及各种结构阵列的可加工性。分析了两种以立方角锥结构为基础改进的角锥结构：六边形角锥结构及矩形角锥结构。对改进结构的正入射光学特性进行了研究。对各种角锥结构阵列的可加工性进行了分析和比较。最终选择矩形角锥结构阵列作为加工研究对象。 (5)研究了超声弯曲振动刀座的设计。基于弯曲变幅杆的理论及振动刨削要求，对刀座进行了初步设计。使用有限元分析软件进行了仿真分析。按照分析和设计结果，加工了刀座实物并进行了振幅、频率、阻抗的测量。测量结果显示，刀座频率偏差为0.2%，刀尖振幅为12.7μm。刀座具有一定的振幅放大倍数，能满足使用要求。 (6)对矩形角锥阵列进行了加工试验。介绍了矩形角锥结构阵列加工所用的加工装置和检测装置，分析了矩形角锥结构的加工尺寸，加工方案。设计了加工需要用到的刀具。在进行了工艺设计的基础上，使用薄紫铜片进行了试验加工。对加工后的结果进行了观测和分析。通过将观测图和模拟图进行对比，发现加工第二个工序时，铜片间间隙增大，导致加工时材料刚性过低是产生毛刺的主要原因。

关键词：微棱镜无效光角锥阵列超声弯曲振动微细加工

OP-FTIR稳定性对VOCs浓度监测的影响

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安全、健康和环境 2018年第10期18卷 55-59页

作者：朱亮李明骏贾润中中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室山东青岛266071

针对采取开放光路傅里叶变换红外光谱技术对VOCs浓度监测时,开放光路系统稳定性对监测结果的影响问题,开展了实验研究。分别在60,120,180 m距离对角锥面阵列进行左右、前后、旋转不同幅度摆动操作,采集光谱信号数据。结果表明:开放光路... 详细信息

针对采取开放光路傅里叶变换红外光谱技术对VOCs浓度监测时,开放光路系统稳定性对监测结果的影响问题,开展了实验研究。分别在60,120,180 m距离对角锥面阵列进行左右、前后、旋转不同幅度摆动操作,采集光谱信号数据。结果表明:开放光路不超过200 m时,角锥阵列悬空摆动幅度不超过3 cm,或者角锥阵列左右摆动幅度不超过20 cm、前后摆动幅度不超过15cm并且旋转摆动幅度不超过5 cm,才能采集足够的有效数据开展VOCs浓度分析,角锥阵列旋转摆动对数据采集影响最大,左右摆动对数据采集影响最小。为开放光路傅里叶变换光谱技术用于VOCs浓度监测和数据有效性分析提供了参考。

关键词：开放光路傅里叶变换红外光谱角锥阵列挥发性有机物监测稳定性