光学工程基础
几何光学
谭峭峰
tanqf@https://www.doczj.com/doc/1316833805.html,
清华大学精仪系光电工程研究所
第四章
平面反射镜与反射棱镜
4.1 平面反射镜
§4.1.1
平面反射镜的成像
图4-1 平面反射镜成像
实物成虚像
虚物成实像
图4-2 虚物经平面反射镜成实像
§4.1.2 平面反射镜的成像方向
左手系右手系
图4-3 平面反射的物像空间对应关系
右手直角坐标系经奇数次平面反射镜成像，则像一定是左手系——镜像
右手直角坐标系经偶数次平面反射镜成像，则像一定是右手系——相似像
平面反射镜是唯一能成完善像的最简单的光学元件。
AFM
探针
卡文迪许测量万有引力常数
§4.1.4 双平面反射镜系统
图4-5 双平面反射镜系统
12
22
i iψ
=+(4-1)
12
2()
i i
ψ=?(4-2)
由ΔO
1
O2T
12
i iθ
=+(4-3)
12
i i
θ=?(4-4)即：
2
ψθ
=(4-5)
M1 M2
位于与两平面反射镜交棱相垂直平面内的光线，不论它的入射光线方向如何，经两个平面反射镜各反射一次后的出射光线相对于入射光线的偏转角总是等于两平面反射镜夹角的2倍；
它的偏转方向，则与反射面按反射次序由M 1偏转到M 2的方向相同；
入射光线的方向不变时，若两块平面反射镜作为一个刚体一起转动时，则出射光线的方向不会改变，但出射光线的位置可能平行位移。
图4-6 能将光路转折的双平面反射镜和反射棱镜
(a)
双平面反射镜
为了使两反射面之间的夹角不变，可将两个反射面做在同一块玻璃上，以代替一般的双平面反射镜组，这就构成了另一类常用的光学元件——反射棱镜。
(b)反射棱镜
工作棱
主截面
棱镜展开图4-7 五角棱镜及五角棱镜的展开
靴形棱镜
反射棱镜展开后是一块平行平板；
在共轴光路中应用反射棱镜就相当于
在光路中加入了一块平行平板玻璃；
若它被用在会聚光路中，光路的光轴垂直于反射棱镜的入射面，反射棱镜的加入仍然保持了光路系统的共轴性；
棱镜展开成平行平板后，其平行平板的厚度L也称为棱镜的展开长度。展开长度不仅与棱镜的结构有关，还与棱镜入射面的口径大小D 有关。
L=
()D
=
2+
L2
五角棱镜
§4.2.2 平行平板的成像
图4-8 平行平板的成像
1
αβγ===(4-6)
MEMS可变形反射镜 MEMS可变形反射镜通用性强、技术成熟，而且校正波前的分辨率高，是目前自适应光学中最常用的可变形反射镜结构。BMC 的可变形反射镜使用先进的MEMS生产技术，具有微加工的固有优势。 ●大驱动器阵列提供高分辨率的波前校正； ●先进的微结构使相邻驱动器之间的串扰降到最低； ●最优设计满足高速应用要求的高速波前整形。 连续表面反射镜(平滑的波前控制) 分割表面反射镜(SLM无串扰的控制) Multi-DM可变形反射镜 Multi-DM是BMC畅销的可变形反射镜，它的结构紧凑，使用简单，能够完成复杂的波前补偿。Multi-DM反射镜表面通过140个低串扰的精密驱动器控制，非常适合显微镜、视网膜成像和激光光束控制等多种应用。反射镜可选连续表面或分割表面(型号后缀-SLM)，分别用于自适应光学或空间光调制应用。 特性 ●驱动器数：140 (方形，12x12，四角无效) ●镀膜：铝膜、金膜或保护银膜 ●零磁滞 ●帧率可达20 kHz ●亚纳米平均步长 ●占空比：>99% (DM) / >98% (SLM)
可变形反射镜和控制器 校正高阶像差：使用Multi-DM得到高阶泽尼克模式 Hex可变形反射镜 BMC的Hex Class可变形反射镜是最新推出的类型。反射镜表面由多个分割部分组成，每个分割部分通过三个驱动器调节俯仰和伸缩，从而控制波前。Hex Class可变形反射镜非常适合从in vivo显微镜到高分辨天文学的多种应用。
特性 ●反射镜镀膜：金膜、铝膜和保护银膜 ●零磁滞 ●亚纳米平均步长 ●占空比：>98% ●驱动器间距：375 μm ●机械响应：<100 μs ●驱动器间串扰：~13% ●可选全面的电机械校准 Hex可变形反射镜实物图
平面部分反射镜材料K9(FS)，熔石英尺寸公差+0/-0.2mm 厚度公差±0.2mm 通光孔径>90%面型/8@632.8nm λ表面质量镀膜60/40一面镀介质部分反射膜，反面镀增透膜损伤阈值>10J/20ns 20Hz @1064nm ，，，cm 2R T 分光精度单波长3%5%±，宽带±t R T 平行度<1分常用波长355532632.865078085098010301064nm 450-650nm 650-900nm 900-1200nm ，，，，，，，，，，T e T c R фS1S2T e фT c S1R S2 球面部分反射镜部分反射镜BSP K925.4350/5045°S+P 1064BSP -材料直径厚度透射率反射率入射角设计偏振波长---T/R--- S+P S P ：，：：针对S和P求平均设计只针对S光设计只针对P光设计T=(Ts+Tp)/2R=(Rs+Rp)/2，订购信息技术参数32K9K9FS ：：熔石英
材料K9(FS) ，熔石英尺寸公差+0/-0.2mm 厚度公差±0.2mm 通光孔径>90% 面型/4@632.8nm λ表面质量镀膜60/40 S1S2面镀介质部分反射膜，面镀增透膜损伤阈值>10J/20ns 20Hz @1064nm ，，，cm 2分光精度单波长±，宽带±3%5%中心偏<3分 常用波长3555321030104710531064nm ，，，，，材料K9，熔石英(FS) 尺寸公差+0/-0.2mm 厚度公差±0.2mm 通光孔径>90%面型/8@632.8nm λ表面质量镀膜60/40 一面镀二向色性分色膜，反面镀增透膜 反射波长，透过波长R>99.5%T>85% 损伤阈值>10J/20ns 20Hz @1064nm ，，，cm 2平行度<1分 常用波长1064/532nm 分色镜λ1λ2技术参数 订购信息 BST PCV K925.43100010/900°1064BST-PCV -材料直径中心厚度曲率半径透射率反射率入射角波长----/--T R PCV PCX ：：平凹平凸33技术参数 订购信息 DIM K925.43R1064/T532BST 45° BST-DIM -材料直径厚度反射波长透过波长入射角 ---/-R T K9K9 FS ：：熔石英
15-2~15-3拋物面鏡與球面鏡maulin 探照燈:燈置於球面鏡心、拋物面鏡焦距。?像的觀察法: (A)映像法(B)視線交會法(C)視差法 ?球面鏡
1.在何種情況下,可以用球面鏡來代替拋物面鏡? 小孔徑,鏡面範圍小 A 2.何謂孔徑角? θ=AB/r θ r B 3.孔徑角π徑，曲率半徑r的凹面鏡,其鏡面積若干? 2πr2 4.下列各名詞您能否清楚指出意義或繪圖表示? (a)鏡頂 (b)主軸 (c)焦點 (d)焦平面 (e)曲率半徑 (f)孔徑 (f)鏡邊緣的直徑 5.曲率半徑R的击面鏡,其最大孔徑若干? 2R (一般不可能) 6.有人說平面鏡是击面鏡或凹面鏡之特例,你認為如何? 當球面鏡 R→∞時,可視為平面鏡 7.在孔徑角甚小情況下,下列各入射光其反射光各如何? (a)射到鏡心 (b)經過焦點 (c)經過曲率中心 (d)平行主軸 8.試以數學證明在小範圍時,球面鏡幾近拋物面鏡? y2=4cx…………………………..拋物線 y2+(x-2c)2=(2c)2……球方程?y2=4cx-x2?y2?4cx (當x很小) 9.如圖M為拋物面鏡,F為焦點,則a,b,c三點發出平行主軸之光到焦點, 何者路徑最短? 一樣長
10.若物體距離球面鏡之焦點為So,像距離球面鏡焦點S i,焦距為f(曲率半徑之半為f) 試證S0×S i=f2 11.試由上題證明放大率為M=f/S0=S I/f,並繪出以S0,S i為軸的直角坐標函數圖。 12.若一人由 向凹面鏡之鏡面靠近到達鏡面，其像之運動情形如何? 像的大小如何? 人與像有幾次相遇? 在曲率中心與鏡面共兩次 13.物置於焦距為12cm之凹面鏡前 (a)15em處 (b)9cm處像的位置,性質,放大率各如何?並繪圖示之。 (a)60cm M=4 (b)-36cm M=0.5 14.物置於曲率半徑50cm之击面鏡前 (a)25cm處 (b)15cm處像的位置,性質,放大率各如何? 以圖示之? (a)12.5cm M=1/2 (b)-9.375cm M=5/8 15.若物體於球面鏡前其放大率(橫向放大率)為M,則縱向放大率若干?(即沿主軸方向之放大率) M2 16.物置於球面鏡前會產生一實像時,若將物改置於剛才像的位置,試證明新的像生在原來物的位置。(共軛像) 畫圖(光的可逆性)且實像才有共軛像 17.有一凹面鏡(f=20cm)與击面鏡(f=10cm)同軸而立相距55cm,物距凹面鏡30cm如圖,則二次反射之像位置如何? 凹面鏡前29.5cm倒立時像 . 18.击面鐃之焦距為f，則其像距鏡面之最大值為: (A)f (B)2f (C)3f (D)f/2 (E)f/4 (A)
*本课题得到国家科委863高科技项目部分支持。 **现工作单位:钢铁研究总院工艺研究所,北京100081。 收稿日期:1998-04-07;收到修改稿日期:1998-07-14 第19卷 第9期 1999年9月光 学 学 报ACT A OPT ICA SIN ICA V o l.19,N o.9September ,1999 双压电变形反射镜的优化设计 *杨 强** 朱建平 曹根瑞 (北京理工大学光电工程系,北京100081) 摘 要 利用K o ko ro w ski 导出的自由边界条件下双压电变形镜表面位移-电压所满足的偏微分方程,运用高斯迭代法求解该方程,得出变形镜的静态响应函数矩阵f (r , )。考虑到由大气湍流造成的光学波前畸变中各泽尼克(Zer nike)基元模式的统计权重分布,以及变形镜的实际装夹定位方式,对双压电变形反射镜的优化设计进行了分析。结果表明:变形镜的校正能力随被校正的各项泽尼克模式像差在大气湍流造成的波前畸变中所占统计权重的不同而有很大的差别,其优化设计结果也随之而变;变形镜的定位方式对其校正能力有一定的影响,但影响不大。 关键词 自适应光学, 变形反射镜, 优化设计, 响应函数矩阵。 1 引 言 变形反射镜(通常也称之为波前校正器)是自适应光学系统中的核心器件之一,它具有能可控地改变其反射波前相位畸变的特点。目前国内外用得比较普遍的分立式压电变形镜具有灵敏度高、校正自由度多、动态范围大等优点,但造价昂贵,结构复杂,加之随着控制电极的增多,信号处理电路也变得复杂,导致整个系统的响应速度变慢。相比之下双压电变形镜具有工作电压低、动态范围大、结构简单、造价低廉以及在和曲率波前传感器配合使用的情况下系统响应速度快等优点。不足之处是它只适合于校正低阶像差,但在多数情况下,这已能满足使用要求,因此仍有广阔的应用前景。 双压电变形镜的优化设计工作目前在国外初见报道[1～3]。本文研究的重点是针对大气湍流造成的光学波前畸变中各泽尼克基元模式统计权重的不同,以及变形镜的实际装夹定位方式不同,对优化设计作更深入的研究和探讨。 2 双压电变形镜的工作原理 利用压电体的逆压电效应,把两个沿旋转对称轴方向极化的圆片形压电材料以相反的极化方向粘到一起构成一双压电片变形镜,当在圆片的两侧加电压时,横向压电效应将使两个粘成一体的圆片朝相反的方向弯曲,如图1所示。Kokorow ski 导出了决定这种双压电变形镜
3-1 #平面镜#平面反射镜，曲率半径无穷大，它是唯一能成完善像的最简单的光学元件。 #镜像#使一个右（或左）手坐标系的物体经光学系统后成左（或右）手坐标系的像，这种像叫镜像。 #一致像#与物坐标系一致的像，简称一致像。 #连续一次像#双平面镜成像时，依次通过两个反射面所成的像。 3-2 #平行平板#由两个相互平行的折射平面构成的光学元件。 3-3 #反射棱镜#将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上形成的光学元件。 #棱镜光轴#光学系统的光轴在棱镜中的部分称为棱镜的光轴，一般为折线。 #主截面#工作面之间的交线构成棱，垂直于棱的平面。 #简单棱镜#只有一个主截面，所有工作面都与主截面垂直。 #屋脊棱镜#交线位于棱镜光轴面内的两个相互垂直的反射面构成屋脊面，具有屋脊面的棱镜称为屋脊棱镜。 #立方角锥棱镜#三个反射面相互垂直，底面是一个等腰三角形，为入射面和出射面，光线从任意方向从底面入射，经三个直角面反射后，出射光线始终平行于入射光线。 #复合棱镜#由两个以上棱镜组合起来形成复合棱镜。 #成像方向判断#根据一定的规则判断棱镜系统的成像方向。 #棱镜展开#利用一等效平行玻璃平板来取代光线在反射棱镜两折射面之间的光路。 3-4 #折射棱镜#工作面由两个折射面构成的棱镜。
#光楔#折射角很小的折射棱镜。 #色散#由于同一透明介质对于不同波长的单色光具有不同的折射率，白光经过棱镜后将被分解为各种不同颜色的光，在棱镜后将会看到各种颜色，这种现象称为色散。 3-5 #平均折射率#在夫朗和费谱线中D光波长处的折射率。 #平均色散#夫朗和费谱线中F光波长和C光波长处的折射率之差。 #阿贝常数# 定义为(n D-1)/(n F-n C) #部分色散#任意一对谱线的折射率之差。 #相对色散#部分色散与平均色散之比。
2020环球网校二级建造师《市政公用工程管理与实务》考点精讲 【考点】围护结构（板桩、钢管桩、灌注桩、SMW、重力式水泥土挡墙） 1.基坑围护结构体系 ，经 围护结构体系 2.预制混凝土板桩 ①施工较为困难，对机械要求高，挤土现象很严重。 ②需辅以止水措施。 ③自重大，受起吊设备限制，不适合大深度基坑。 3.钢板桩 ①成品制作，可反复使用。 ②施工简便，但施工有噪声。 ③刚度小，变形大，与多道支撑结合，在软弱土层中也可采用。
④新的时候止水性尚好，如有漏水现象，需增加防水措施。 ⑤最大开挖深度7～8m。 4.钢管桩 ①截面刚度大于钢板桩，在软弱土层中开挖深度较大。 ②需有防水措施相配合。 5.灌注桩 ①刚度大，可用在深大基坑。 ②施工对周边地层、环境影响小，噪声低、适于城区施工。 ③需降水或与能止水的搅拌桩、旋喷桩等配合使用。 6.SMW工法桩 （一）结构特点 ①强度大，止水性好。 ②内插的型钢可拔出反复使用，经济性好。 ③用于软土地层时，一般变形较大。 （二）技术要点 ① 28d无侧限抗压强度不应小于设计要求，且不宜小于0.5MPa。 ②水泥：不低于P·O 42.5级普通硅酸盐水泥。 ③特别软弱或较硬地层，钻进速度较慢时水泥用量宜适当提高。砂性土宜外加膨润土。 ④单根型钢接头不宜超过2个，相邻型钢接头宜错开，距离不宜小于1m，接头距基坑底面 2m。 7. / 水泥土搅拌桩挡墙 ①无支撑，墙体止水性好，造价低。 ② ③0.6；淤泥质土——0.7；淤泥——0.8。 ④ ⑤，0.7h；淤泥——1.3h，0.8h。 ⑥ 28d无侧限抗压强度不宜小于 ⑦板厚不宜小于150mm、C15。
第三篇望远镜系统 第十九章离轴抛物面镜 当需要对反射光强度作光度测量时，在平行光管及天文望远镜中使用离轴抛物面镜是特别有价值的。因为光源位于有限远处，用离轴抛物面镜可以制成一台优质的平行光管作为透镜的检测系统。 用独特的方法一次可以制造多块离轴小抛物面镜。通常用一块低焦比的大口径反射镜钻下三块或四块小反射镜，并用石膏将反射镜胶进凹孔中。为消除膨胀和应力等不稳定因素，可以用细磨、抛光或酸蚀小反射及开沉孔等新的方法。这些技术，包括细磨和抛光大反射镜毛坯的背面都有助于消除泰曼效应。生产这些产品的光学公司，用同样大小的反射镜毛坯作为框架，并将磨边后的反射镜毛坯放入框架原来所的孔内。一块12in的反射镜毛坯能够制造出四块3.5in 的离轴抛物面镜。这些元件的F数一般较小（f/14~f/5.5）。为了得到较大的相对孔径，离轴抛物面镜变大，其主镜的直径成比例增大就产生加工困难。 反射镜的设计、制造和使用方面已有了一些成果。这些反射镜尺寸中等（直径20.3~30cm），焦比为f/8。最近马科斯.布朗已经制造出一种焦比为f/6，直径为12in的反射镜，并已获得了广泛的应用。关于离轴抛物面镜的一些制造方法已作过介绍，望远镜的业余爱好者可以按此仿制。 1．设计与计算 离轴抛物面的设计取决于光轴的孔间距或孔的位置。小孔是大凹面标准镜的一部分，图19.1 说明了四等分的位置。应特别注意图19.2上的实际光源 位于大凹面镜的轴上，而不是在较小的正在加工的反射 镜上。因此，必须在离轴抛物面镜上刻一个基准记号， 图19.1 一块大的抛物面反射镜上的四个 小的离轴抛物面镜的分布图图19.2一台反射式离轴平行光管的设计 与用于制造小抛物面镜组的大抛物镜一样其轴平面总是明确的。图19.2是作为平行光管离轴抛物镜装置，平行光管带有针孔光源。图25.8c介绍了精确安装针孔光源的方法。如果用在天文望远镜上，则目镜应位于光源的位置上。 复习一下制造大的抛物面及其细磨模的曲率半径时，铣磨机倾角的计算方法，并假设蓝图上的离轴抛物面的数据为：大凹抛物面镜的直径为12in（球面顶点离孔中心是4in、曲磨半径为92.45in）。好的制造工艺是四个高精度离轴抛物面镜中的每一个必须置于大反射镜的一个象限内（参见图19.1）。方程（19-1）是已知工件曲率半径，计算金刚石磨轮的倾角公式。它适用于加工凹的和凸的镜面SinA=D/2R 式中：A为磨轮倾角的度数；D为磨轮的直径；凹面指磨轮的外刃表面；R是要求的曲率半径。 例如：磨轮直径为10in，R为92.45in时试计算A值？ SinA=25.4/2*234.84=0.054079 查正弦函数表求出角度为3°6′。应该注意，机床游标尺的读数精度低于2′。3°6′为金刚
多面反射镜的超精密切削 一、多面反射镜 过去多面反射镜只用作测量角度的标准光学元件，在一般情况下，是用它作为测量回 转工作台分度精度的角度标准。随着科学技术的发展，多面反射镜的用途也在不断地扩 大，目前广泛地用于激光扫描的装置中，即让多面反射镜高速回转，使照射在多面反射镜上的激光束进行扫描。利用多面反射镜制作的激光扫描装置用途很广，例如在激光打印 机上使激光通过多面反射镜在感光鼓筒上进行扫描，而实现高速印刷。除此之外，还在检查轧制钢板的表面缺陷及检查胶片等的缺陷，零件、物品等的识别，用a岛激光淬火、焊接等装置上都要使用多面反射镜。在上述的各种用途中，以用在激光打印机上的多面反 射镜精度最高、最有代表性。图7-20所示是激光打印机的原理图。多面反射镜是构成激 光打印机的核心零件，只有多面反射镜的精度高，反射率高，打印机才能有高的析像度，像汉字、画像这样复杂的图像才能高速地印刷。因此要求多面反射镜的几何形状精度高，反 射镜面的粗糙度R。值低。图7—21所示是激光打印机用多面反射镜的技术要求。从图中225 可以看出，镜体的平行度和平面度精度均为0．5f,tm，镜面的角度误差在1“～y，而镜面所 要求的粗糙度为R，0．01,ttm，平面度要求为A／5～2／10(Ne—Ni激光A=0．682 8『』m)c 在一般情况下，作为激光反射镜必须满足 的加 工精度是：形状精度(平面度)低于0．1“m， 表面粗 糙度R。0．01弘m，表面反射率大于85％， 而且没有 散乱光和衍射光。
过去因多面反射镜形状复杂，对几何形状精度和表面粗糙度的要求很高，故多采用研磨的方法进行加工。图7—22为其工艺路线，因为加工工艺复杂，效率较低，所以成本很高。 近来由于多面反射镜用途的不断扩大，用研臃方法进行加工已远远满足不了要求，因而开发了丹j 铜及铜铝系合金等软金属以及塑料等材料，采用金刚石刀具超精密切削加工出多面反射镜的技术，其工艺路线见图7-23。 加工多面反射镜采用超精密切削与采用研磨 相比，可以看出：采用超精密切削，工艺路线大大地 l一感光滚筒：2一激比发振器； 3～数字信号：4一电fi十算机； 5一变调器；6-一激光束放大器； 7一多【酊反射镜；8一壤焦透镜。
47, 022201 (2010) ?2010 中国激光杂志社 doi: 10.3788/lop47.022201 微变形反射镜技术应用及发展 陈力子关小伟张政 (63655部队，新疆乌鲁木齐 841700) 摘要变形反射镜是用于自适应光学中波前校正的重要元件，它能产生可控的波面校正量对波面相位加以校正。但随着自适应光学技术的发展，传统变形反射镜已不能满足微型化、集成化的发展需求，而基于微机电加工技术的新型变形反射镜的出现解决了传统变形反射镜存在的问题。介绍了微变形反射镜的工作原理，国内外微变形反射镜技术的发展情况及其在自适应光学中的应用，并对分立式与连续表面微变形反射镜的校正能力进行了比较分析，最后阐述了微变形反射镜器件技术展望。 关键词自适应光学；微变形反射镜；波前校正；校正能力 中图分类号 TN256 OCIS 220.4000 230.4685 文献标识码 A Development and Application of MEMS Deformable Mirror Chen Lizi Guan Xiaowei Zhang Zheng (Army No.63655, Urumchi, Xinjiang 841700, China) Abstract Deformable mirror (DM) is a very important element in adaptive optical system, and it can perform dynamic phase modulation and endow optical system the ability to decrease the influence of dynamic wavefront errors. Deformable mirror of conventional adaptive optics can not satisfy the need of miniaturization and integration, but the deformable micro-mirror based on microelectro-mechanical systems (MEMS) can solve these problems. The theory and development of MEMS-DM and its application in adaptive optics are summarized, the fitting capability of MEMS-DM are discussed. At last, a prospect of MEMS-DM is given. Key words adaptive optics; MEMS deformable mirror; wavefront correction; correction capability 1 引言 自适应光学的概念最初是由美国天文学家Babcock于1953年提出的，此后随着大型激光工程及光学系统的发展，以及相关支撑技术的日益成熟，20世纪70年代首次实现工程应用，之后迅速在军事、天文、激光、眼科医学等领域得到广泛的应用[1,2]。传统自适应光学系统通常是由探测器、控制器和校正器三部分构成。变形反射镜作为自适应光学系统重要的波前校正元件，能在外部控制下实现高速、高精度的光学镜面面形变化、平移或转角，从而产生可控的波面校正量对波面相位加以校正。 然而传统变形反射镜由于体积大，控制复杂，已不能满足自适应光学系统向微型化、集成化的发展需求。随着微机电系统(MEMS)的发展，20世纪90年代实现微变形反射镜的研制，这种器件的单元尺寸达到微米级，可以与光波波长相比拟，便于仪器小型化，可以用集成电路的平面工艺制作，易于批量生产，价格便宜，容易制成多阵列元件，产品性能重复性好，成品率高，便于光机电集成，具有低惯性，即使在高频工作状态下，也可以通过较小的力进行精确定位，此外还具有宽带宽的优点。 收稿日期：2009-04-17; 收到修改稿日期：2009-07-03 作者简介：陈力子(1981—)，男，工程师，主要从事自适应光学技术方面的研究。E-mail: lzchen1234@https://www.doczj.com/doc/1316833805.html,
河南工业职业技术学院 Henan Polytechnic Institute 毕业设计 题目高精度平面光学零件加工工艺系别光电工程系 专业精密机械技术 班级 姓名 学号 指导教师 日期
毕业设计任务书 设计题目： 高精密平面光学零件加工工艺 设计要求： 1.熟悉高精度平面光学零件加工的工艺，达到图纸的设计要求。 设计任务： 1．画出高精度平面光学零件加工原理图； 2.根据图纸要求选用合适的加工方法； 3．写出详细毕业设计说明书（10000字以上），要求字迹工整，原理叙述正确，会计算主要元器件的一些参数，并选择元器件。 设计进度要求： 第一、二周：收集选题资料；在图书馆查看书籍，在实践中听取师傅的教导，在网上查找各类相关资料尽量使资料完整、精确。 第三、四周：熟悉相关技术，将收集到的资料仔细整理分类，及时与导师进行沟通。将设计的雏形确立起来 第五、六周：根据毕业设计格式确定、撰写毕业设计； 第七、八周：准备答辩 指导教师（签名）：
摘要 光学平面零件是指由光学平面作为工作面的光学零件。它包括平晶、平行平板、平面反射镜、光楔、滤光片及棱镜等。由两个互相平行的光学平面构成的光学零件系统称为平行平板。 通常以平面光学零件的面形精度和角度精度来衡量平面制造的精度，并以此将平面光学零件区分为高精度零件、中精度零件和一般精度零件。 平面面形精度为N＝o．5～o．1，△ N＝o．1以上；角度精度为20〞～ 5〞以上的零件，称为高精度平面光学零件。属于这类的光学零件有平面平行零件、平面样板、棱镜、多面体等。高精度平面的抛光除需要很好地解决加工中的装夹变形、热变形、应力变形、重力变形等问题外，还应采用先进的加工技术和精密的测试手段。 这篇设计主要介绍，高精度平面零件的加工过程，指出加工过程中存在的问题，总结经验以及所得到的体会。 关键词：：平面零件、加工要求、抛光、精度
第18卷 第12期 2010年12月 光学精密工程 O ptics and Precision Enginee ring V ol .18 N o .12 Dec .2010 收稿日期:2010-09-25;修订日期:2010-10-27. 基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(N o .61036015) 文章编号 1004-924X (2010)12-2557-07 高精度离轴凸非球面反射镜的加工及检测 张 峰 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室,吉林长春130033) 摘要:为了提高离轴凸非球面反射镜的面形精度和光轴精度,研究了离轴凸非球面反射镜的加工与检测技术。首先,描述了离轴三反消像散(TM A )光学系统以及作为该光学系统次镜的离轴凸非球面反射镜的光学参数和技术指标。然后,介绍了非球面计算机控制光学表面成型(CCOS )技术及FSG J 非球面数控加工设备。最后,给出了非球面研磨阶段检测用的轮廓测量法和离轴凸非球面抛光阶段检测用的背部透射零位补偿检测法,并对背部透射零位补偿检测中离轴凸非球面反射镜光轴精度的控制技术进行了研究。检测结果表明:采用背部透射零位补偿检测法检测得到的离轴凸非球面反射镜的面形精度为0.017λ(均方根值,λ=0.6328μm );用Leica 经纬仪测量反射镜的光轴精度其结果达到9.4″,满足光学设计技术指标要求。 关 键 词:凸离轴非球面;计算机控制光学表面成型;轮廓测量;背部透射零位补偿检测;光轴精度中图分类号:T H703;T Q 171.68 文献标识码:A doi :10.3788/O P E .20101812.2557 Fabrication and testing of precise off -axis convex aspheric mirror ZH ANG Feng (K ey Laboratory of Optical S ystem Ad vanced Manu f acturing Technology ,Changchun I nstitute of Optics ,Fine Mechanics and P hysics ,Chinese Academy o f Sciences ,Changchun 130033,China )A bstract :To im pro ve the fine surface figure accuracy and optical axis accuracy of an o ff -axis co nvex aspheric mirro r ,the fabricatio n and testing techno logies o f the off -axis convex aspheric mirror w ere studied .Firstly ,a Three Mirror Anastig mat (TM A )o ptical sy stem and the specification requirements of the seco nd off -axis convex aspheric mirror in the TM A optical system w ere presented .Then ,the technique of Computer -controlled Optical S urfacing (CCOS )fo r manufacturing the asphe ric mirror and the FSGJ num erical control machine fo r processing asphe ric surface w ere introduced .Finally ,the con -to ur testing in a lapping stage and the back transmission null testing in a polishing stage for the co nvex aspheric mirro r w ere described ,and the co ntro lling technolo gy fo r the optical axis accuracy of off -axis convex aspheric mirro r w as studied .The testing results indicate that the surface fig ure accuracy and the o ptical axis accuracy of the off -axis convex aspheric mir ro r are 0.017λRMS and 9.4″,respectively .All the specificatio ns of the off -axis convex aspheric mir ro r can meet the requirements of the optical desig n .Key words :off -axis convex aspheric surface ;Computer -co ntrolled Optical Surfacing (CCOS );contour testing ;back transmissio n null testing ;optical axis accuracy
本技术公开了一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法，首先是搭建摄像机和投影仪组成的条纹投影轮廓术系统，将贴附有标定纸条的左平面反射镜和右平面反射镜设置在被测物体后面，使用投影仪向被测物体投出相移条纹，并触发摄像机同步采图，将缠绕相位图解算为绝对相位图，由绝对相位得到被测物体的三维点云数据，并用标定纸条对平面反射镜进行标定，实现通过单次测量即可得到物体全方位的三维点云数据，最后利用ICP迭代算法对点云进行配准，使点云之间相同的部分尽可能地重合。本技术具有低成本，简单高效，高精度的优势。 技术要求 1.一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法，其特征在于步骤如下： 步骤一：搭建基于平面反射镜的条纹投影轮廓术系统，首先搭建摄像机和投影仪组成的条纹投影轮廓术系统，然后将贴附有标定纸条的左平面反射镜和右平面反射镜设置在被测物体后面，调节贴有标定纸条的平面反射镜的位置，通过平面反射镜的反射作用，摄像机同时观察到被测物体的三个视角的信息； 步骤二：投影相移条纹并采图，使用投影仪向被测物体投出相移条纹，并触发摄像机同步采图； 步骤三：求解相位并重构点云，对于步骤二中采集到的条纹图案，采用基于条纹投影的相移轮廓术解算出不同频率条纹下的缠绕相位图，随后利用时域相位解缠算法，将缠绕相位图解算为绝对相位图，利用投影仪和摄像机的标定参数，由绝对相位得到被测物体的三维点云数据； 步骤四：用标定纸条对平面反射镜进行标定，即利用步骤二和步骤三中的方法对平面反射镜上面的标定纸条的三维信息进行重构，得到标定纸条的三维空间姿态信息，并进行平面拟合，用以近似代替平面反射镜的空间姿态信息，计算拟合平面的单位法向量以及世界坐标系原点到拟合平面的距离，完成两块平面反射镜的标定工作； 步骤五：三维点云的转换，根据步骤四得到的平面反射镜的标定参数，计算得到左右平面镜反射镜中三维点云数据到真实世界坐标系的转换矩阵，从而将左右平面镜中的三维点云数据转化到物体实际所在的统一的世界坐标系下，以此方式实现通过单次测量即可得到物体全方位的三维点云数据； 步骤六：三维点云的配准，利用ICP迭代算法对点云进行配准，使点云之间相同的部分尽可能地重合。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤一中，一块标定纸条贴附在左平面反射镜的下部偏左部位，另一块标定纸条贴附在右平面反射镜的下部偏右部位，调节平面反射镜的位置，使两块平面反射镜的交线正对被测物体和投影仪，左平面反射镜、右平面反射镜的夹角在115°-125°之间，以摄像机观察到的三个像均匀分布在视场中，互不重合，且三个像不被标定纸条遮挡。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤二中，利用基于条纹投影的相移轮廓术，使用投影仪向被测物体投出一系列正弦条纹图案，经过物体漫反射后被摄像机同步采集，采集到的光强表示为：
围护结构变形与相邻建筑物沉降控制措施 摘要：在城市建筑密集区域进行深基坑施工时，其围护结构的变形对周围建筑物的安全性能影响十分重大。结合天津地铁3 号线北站站基坑施工，通过监控、降水、控制开挖与支撑施工、止水、地基加固等措施，控制深基坑围护结构的变形及对相邻建筑物沉降的影响。结果表明，本工程深基坑成为无渗漏基坑，确保了基坑和周边建筑物的安全。 关键词：围护结构；变形；相邻建筑；沉降；控制 1 工程概述 在城市建筑密集区域进行深基坑施工，其围护结构的变形对周围建筑物的安全性能影响十分重大。天津地铁3号线北站站主体基坑支护结构采用钢筋混凝土连续墙和钢支撑组成的内支撑围护结构体系。车站基坑长197 m，宽24.5 m，开挖深度为17.6 m，地连墙厚为0.8 m，深31 m，布置4 道钢管支撑；端头井最大开挖深度19.1 m，墙厚为1.0 m，深33.2 m，布置 5 道钢管支撑；换乘节点处开挖深度25.4 m，墙厚为1.0 m，深45 m，布置8 道钢管支撑。入土比均为0.7。车站标准段采用全明挖法施工。相邻建筑为1957年所建3层砖混结构，地基为片石条形扩大基础，基础埋深2.1 m，距基坑边10 m，局部仅7.8 m（如图1、图2）。2围护结构变形及相邻建筑沉降影响因素分析。
影响围护结构变形的主要因素是围护结构所承受的土压力的变化，及围护结构本身对压力的抵抗能力。相邻建筑物的沉降是土压力与围护结构相互作用的结果，它与围护结构的变形有着密切的关系。也就是说土压力随着施工过程的变化始终是变化的，设计和施工时需综合考虑。当围护结构形式确定后，就需要在施工过程中严格控制各个影响因素，以确保围护结构的安全性。 2.1 围护结构的影响 对于地铁车站普遍采用的地下连续墙作为深基坑的围护结构，其影响因素为： 1）围护结构变形的大小取决于围护结构自身的刚度。围护结构的刚度受弹性模量、结构厚度影响。目前，深度15 m以上的地铁车站基坑，地下连续墙的厚度一般在800～1 200 mm，其后者的刚度约为前者的3.375倍，即基坑变形将减少70 %；围护结构由于与支撑系统协同工作，地下连续墙的厚度应考虑支撑体系的材料、开挖工艺等综合确定。
1 / 1 离轴抛物面反射镜有两种不同镀膜供应：保护铝膜（450纳米 - 20微米）,和保护金膜（800纳米 - 10微米）,以及裸金膜（800纳米 - 10微米,金膜外层未加保护膜）,它们被设计用于聚焦和准直宽带光源；包括方形高性能离轴抛物反射镜和椭圆形离轴抛物面金属反射镜。 高性能离轴抛物反射镜 产品具有表面精度高的玻璃基片,使其成为紫外和可见光应用的理想选择。与标准抛物反射镜的不同之处在于,离轴反射镜可在特定角度下直射和聚焦入射平行光,并且支持无限远焦点。这些反射镜普遍应用于柴尔尼特纳和利特罗分光仪配置,以及一般平行光管和扩束器设置。 高性能离轴抛物反射镜为离轴抛物反射镜的的复制品,并已通过严格的检测条件,包括区域干涉测量和Foucault 检测。非球面光学在反射镜基片上采用全像式。 产品特点： · 高质量的玻璃基片 · 表面精度为1/4λ 或 1/2λ · 适用于紫外和可见光应用 离轴抛物金属膜反射镜 与标准抛物反射镜的不同之处在于,离轴抛物金属膜反射镜可在特定角度下直射并聚焦入射平行光 ,并且支持无限远焦点。 这些反射镜普遍应用为Schlieren 和MTF 系统的平行光管,而镀金膜离轴抛物反射镜则用于FLIR 测试系统。 为方便安装,所有反射镜有3个6-32TPI 螺孔（直径规格为25.4mm 的为?"螺栓圈,直径规格为50.8mm 的为1.25"的螺栓圈）,而所有直径规格为76.2mm 和101.6mm 的反射镜则有3个8-32 TPI 螺孔,螺栓圈为2.25"。 · 备有15°、30°、45°、60°或90°的离轴可选 · 点光源准直和平行光束聚焦不会产生球差和色差 · 可选择铝膜和金膜 科教兴国
全方位反射镜（1D ） 对1D 光子晶体，在立体空间中有完全带隙结构，在不同方向传播的光子的带隙有重合部分，使在一定的频率范围内的光子以不同的入射角度射向光子晶体时都被高反射啦，无法透过光子晶体。 物理属性： 1.平行波矢在任何平行于层的界面上都是守恒的，只要照射的光源足够远，在平行方向上结构的平移对称性就不会受到破坏。 2.从空气中入射的光要满足条件w>c|K |||,即在the light line 上面，对应于其上的自有传播模式，而在其下方是从远光源无法到达反射镜的消失模（指数衰减场）。 图15： YZ ：入射平面 Y 方向：平行于层 Z 方向：垂直于层； 两种可能的极化： TM 波（S 极化）：电场垂直于YZ 平面 TE 波（p 极化）：电场在平面内，磁场垂直与平面； 2:132:1=εε，λ4 1堆结构。 w 与ky 关系，能带图： 绿色和蓝色都是传播态。 空白处是消失态（带隙） 红线是the light line ，w=cKy 黄色区域：Ky=0（正入射）全角度反射带（对于给定的频率）。TM 波和TE 波在正入射时反射带是重合的，但随着入射角度变化也会分离；
随着入射角的增大，TM 波和TE 波的反射带向着高频方向移动，并逐渐分离； p 极化在布鲁斯特角（B 点）时对任何频率都出现了透射带，B 出现在两种材料的接口，无反射，两条带相交。 但全向反射不是1D 的一般性质，两个必要条件： 1. 两种介质材料介电常数比要足够大； 2. 其中较小的介电常数还要比周围环境介电常数要大（所以图15选择的介电常数是2不是1，比空气介电常数大） 图16： λ4 1堆结构，图中显示的是全向带隙大小与a εεεε212,的函数关系。 光线是从介电常数为a ε的介质中入射的；2ε>1ε;粉色阴影区是非零全向带隙区。 λ4 1堆结构并不一定可以使全向带隙最大； 若不使用λ4 1堆结构，通过最优化层间距，那图中等高线的位移会小于2%（？）； 若界面不平坦，或有物体靠近界面，平行波失不再守恒，此时，光通常会与晶体中传播的扩展模式耦合，并一起被传输；但可以通过其他对称性，比如旋转对称性代替平移对称性，使光可以在内部定位，同样可以呈现指数衰减模式。
围护结构的发展趋势浅析 发表时间：2019-05-06T11:01:02.183Z 来源：《建筑模拟》2019年第7期作者：陈凡 [导读] 本论文以建筑工程的围护结构为研究切入点，对其发展趋势进行了详细的研究和分析。 陈凡 深圳市欧博工程设计顾问有限公司广东深圳 518000 摘要：本论文以建筑工程的围护结构为研究切入点，对其发展趋势进行了详细的研究和分析。 关键词：建筑工程；围护结构；发展； 建筑工程的围护结构主要由墙体、屋顶、楼板、窗户、阳台等组成，是建筑工程施工中最为重要的组成部分。以墙体为代表的建筑工程围护结构，伴随着建筑工程的发展，在不同的历史时期，也出现了不同的墙体形式和技术。尤其是在当前，伴随着现代建筑的发展，建筑围护技术已经成为一门体系完整、技术成熟的科学。 一、建筑围护结构的发展历程 1、国外建筑围护结构发展历程 西方发达国家建筑工程发展历史较长，建筑围护结构在发展的过程中，主要经历了探索、发展、推广和提高四个阶段。 探索阶段：该阶段从十九世纪中叶一直持续到二十世纪中叶，在这一百年的历史中，建筑工程围护结构正处于探索阶段，并在探索的过程中，对其具体的材料、质量、品种等进行了不断的改进。 发展阶段：从二十世纪中叶到八十年代。在这三十年中，各种新的施工技术和施工材料被应用到建筑围护结构施工中，并结合建筑工程的实际情况，设计出多种形式的围护结构。同时，围护施工技术也得以不断提高，建筑工程围护施工质量得以提升。 推广阶段：上个世纪八十年代到世纪末。在这十余年间，伴随着现代建筑、科学技术的发展，建筑工程围护结构朝着多元化的方向发展，各种新技术、新工艺被应用到围护结构施工中。 提高阶段：从新世纪开始一直到目前为止，建筑围护结构节能化设计已经成为重点，通过有效的围护结构节能设计，最大限度降低能源消耗，并提高了室内环境的质量。 2、我国建筑维护结构发展历程 与国外的建筑围护技术相比，我国建筑工程围护技术起步相对比较晚，在改革开放之前，由于生产力比较低下，城市中的建筑工程一般为6层的房屋建筑，其围护结构就是单纯的墙体，并未对其进行设计；改革开放之后，开始从国外引进先进的围护技术，在1985的时候，北京长城饭店，作为我过第一栋玻璃幕墙建筑在中国诞生。同年，上海联系大厦在建筑的过程中，也使用了玻璃幕墙的围护结构，自此之后，以玻璃幕墙为代表的围护结构开始在我国建筑中应用。 到新世纪之后，伴随着现代建筑的进一步发展，建筑工程围护技术也得以进步，建筑幕墙围护已经从简答的玻璃幕墙，逐渐发展到了隐框、半隐框、全玻璃幕墙，以及各种金属板、石材和各种人造板材的围护幕墙中，并且幕墙围护结构也从最初的简单框架逐渐发展的单元式、点支式、双层通风式、遮阳板式、膜结构式等。 二、围护结构与建筑工程主体结构一体化 1、优势分析 伴随着现代建筑幕墙应用范围不断扩大，建筑幕墙的围护结构逐渐朝着大空间、大跨度的方向发展。并且在现代建筑中，建筑工程的围护结果与工程支撑主体不再是两个独立的层面，而逐渐合二为一，而是以一种空间斜角网格的方式将维护结构与称重结构合二为一，不仅解决围护结构的自重，还为内部空间的解放提供可能，如深圳华润大厦，就打破将常规的幕墙与巨柱的关系，柱子多而细，成为幕墙的一部分。 与传统的建筑工程围护结构相比，这种新型的一体化围护结构具有显著的优势，集中体现在三方面： 第一、进一步改善了建筑物的受力状态，显著提高了建筑物的抗震性能。在现代建筑工程中，新型的一体化围护结构使得建筑主体结构与维护结构之间的联系更加紧密，将建筑物的梁体和墙体紧密地联系在一起，进而有效地改善了建筑物的受力情况，提升了整个建筑工程的抗震性能和承载力。 第二、提高了建筑工程的防水能力。在传统的围护结构模式下，由于其与建筑主体相分离，以至于建筑物中常常出现渗漏的现象，降低了建筑工程的质量。而在新型的一体化围护结构中，墙体和梁柱的结合十分良好，进一步提高了其防水性能。 第三、提高了建筑工程施工的效率。在传统建筑工程施工中，围护结构与主体结构相分离，这就在一定程度上增加了施工的难度，延长了工期。但是在新型的一体化围护结构中，两个部分施工实现了一体化，进而缩短了工期，提高了施工效率。 2、施工中力学分析 在建筑围护结构与建筑工程主体结构一体化的施工过程中，鉴于围护结构更加多元化，施工工艺更加复杂化，对施工技术要求相对比较高。因此，在具体的施工中，必须要做好围护结构的力学分析，进而全面提高围护结构施工的质量。 （1）面板力学分析 在现代建筑中，面板是围护结构中的重要组成部分，其力学性能直接影响了建筑围护结构的施工质量。因此，在进行围护结构中的面板施工中，必须要做好其力学分析。在具体进行面板力学分析中，如果面板的材质为玻璃，其宽度为1.5m，高度为5.0m，在对其进行连接出的时候，可采用八点支承的形式对其进行连接。如此，在一定程度上保障了通透的效果，同时还将玻璃的厚度、自身重量等控制在了可以控制的范围之内。 （2）立柱力学分析 在建筑幕围护结构中，立柱是其最为主要的受力构件，不仅要具有一定的变形能力，以适应建筑幕墙主体结构的位移现象。同时还必须要具备足够的承载力，以保障建筑围护结构能够承受一定的荷载、地震和温度下所产生的力量。 因此，在设计的过程中，为了确保立柱设计满足施工要求，可充分利用双跨连续梁计算模型，以减少立柱的挠度。但是在使用双跨连续梁计算模型的时候，必须要在双跨梁中加入第三个支点，进而导致立柱最大剪力和弯矩不断增加，同时导致支点的反力也出现了增加的