《基於邊界約束改善大口徑光學元件面形質量的反演研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由任志遠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於邊界約束改善大口徑光學元件面形質量的反演研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：任志遠
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大口徑光學元件的面形質量是影響光束質量重要因素之一。大口徑光學元件由於加工中引入的和安裝中重力作用產生的面形誤差導致低階波前畸變以及像散問題，傳統解決辦法是在整體光路中加入自適應光學系統進行校正，但大口徑光學元件本身的光學面形質量是其實現的基礎。本課題提出一種基於邊界約束的大口徑光學元件邊緣撓性支撐新方法，在對大口徑光學元件光學表面畸變PV值和RMS值進行校正的同時，還能滿足大口徑光學元件的全口徑通光要求。本項目基於彈性力學平板變形理論，通過由光學元件面形推導邊界約束方式的反演研究，建立大口徑光學元件邊界約束方式與面形變形的基本理論模型；在此基礎上，對邊界約束支撐條件下的局部應力擴散引起的應力破壞以及應力雙折射問題進行較精細、較基礎的研究；根據光機集成有限元最佳化以及實驗平台實驗結果，完善及修正理論模型。該理論能大幅度提高光學元件面形質量，同時突破大口徑光學元件製造精度的瓶頸。
結題摘要
針對本項目申請書要求，主要研究內容包括五個方面：一，完成了邊界約束條件與光學元件可控面形形式基本關係研究，獲得預緊力大小與撓性支撐位置與光學元件變形關係的數學模型，為邊界約束的大尺寸光學元件支撐方法提供了理論基礎；二，揭示了預緊力大小、撓性支撐結構對光學元件應力破壞以及應力雙折射影響的規律，獲得光學元件預緊力大小與撓性支撐機構的最優解；三，建立了光機集成有限元模型，通過將有限元結構分析數據轉換為光學表面形變數據的數據傳輸技術，完成不同邊界約束條件與光學表面可控面形形式的數值模擬，獲得了控制光學元件不同面形形式的邊界約束支撐方式；四，建立了採用波前調製法測試面形參數的實驗平台，初步驗證基於邊界約束的大尺寸光學元件支撐方法的技術途徑可行性，實現在透射式與反射式工作模式下、多角度放置的不同結構形式光學元件實驗測試，獲得了光學元件通光口徑內光學畸變PV值和RMS值最小情況下的實驗結果數據。PV值以及RMS值分別比未施加預緊力情況下減小79.6%和58.5%。通光口徑400mm內的面形質量參數PV和RMS最優值可達到0.0569λ和0.0219λ。五，完善了基於邊界約束的大尺寸光學元件支撐方法的理論模型。根據數值模擬與實驗驗證結果，對理論模型中的相關係數進行標定，建立了適用於工程套用的理論模型。進一步的工作，需要完成大口徑鏡片主動支撐裝置的自動閉環控制，以及最佳化相位調製法測量方案，以達到更精確的調控大口徑鏡片面形分布和提高面形質量。
