隨著科技與時代的發(fā)展,為了滿足空間檢測等方面的需求,建立大口徑、高分辨率的空間光學(xué)成像系統(tǒng)是必要的趨勢。但是隨著望遠鏡口徑的增大,望遠鏡的重量也會急劇上升,這就會導(dǎo)致對系統(tǒng)的零件加工、結(jié)構(gòu)控制以及火箭運載能力等方面的要求提高,甚至有可能超出現(xiàn)有技術(shù)的能力。而衍射式薄膜望遠鏡使用的是薄膜材料作為光學(xué)系統(tǒng)的主鏡基底,對于大口徑的成像系統(tǒng)來說厚度薄、密度小的特點,能夠有效的減小系統(tǒng)整體的重量,所以衍射式薄膜成像技術(shù)成為了解決這一問題十分有效的手段。對于衍射式薄膜的應(yīng)用來說,其力學(xué)分析是一個十分重要的研究方向。由于薄膜柔性體的特殊性,其結(jié)構(gòu)剛度是由其形狀與預(yù)應(yīng)力決定的。本文主要針對薄膜的力學(xué)特性進行了分析。主要內(nèi)容分為以下幾個方面:1:介紹了課題的背景與意義,調(diào)研了薄膜大撓度理論、薄膜振動模型的國內(nèi)外現(xiàn)狀以及薄膜平面應(yīng)力的測量方法,闡述了對衍射式薄膜主鏡進行力學(xué)分析在必要性以及對薄膜預(yù)應(yīng)力測量的難點以及方法分析。2:運用圓形薄膜大撓度理論以及振動模型,計算了薄膜預(yù)應(yīng)力、半徑、外部載荷等參數(shù)對薄膜力學(xué)性能產(chǎn)生的影響,并分析了其具體的變化規(guī)律。為薄膜在實際中的應(yīng)用,提供理論基礎(chǔ)。3:運用ABAQU... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)四川省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

國內(nèi)外著名望遠鏡的口徑與完成時間[5]

第1章緒論3圖1.2薄膜望遠鏡光路原理示意圖[10]Figure1.2Layoutforthemembranediffractivetelescope[10]而衍射式薄膜主鏡在應(yīng)用過程中，需要對其進行力學(xué)特性的分析與相應(yīng)參數(shù)的控制。通過前期研究薄膜在各種載荷以及環(huán)境等不同形式下的力學(xué)特性，累積分析數(shù)據(jù)與經(jīng)驗，建立精確的模型，可以為后續(xù)衍射式薄膜主鏡的應(yīng)用奠定力學(xué)基矗其中衍射式薄膜望遠鏡的面型能夠影響主鏡的光學(xué)成像，是十分重要的性能參數(shù)。無論是在發(fā)射至太空中還是在地面的試驗，這個參數(shù)都需要進行檢測與控制。而模態(tài)則是結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計需要考慮的方面，決定了結(jié)構(gòu)對于各種動力載荷以及薄膜對一些外界環(huán)境的響應(yīng)情況[12]。在前期進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，工程師進行模態(tài)分析對于結(jié)構(gòu)的振動特性有了一定的了解以及把握后，可以有意識的避免結(jié)構(gòu)的共振或者其他特定頻率對結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計更優(yōu)的結(jié)構(gòu)。而衍射式望遠鏡使用的薄膜是柔性體，柔性體是相對于剛性體的概念來說的。剛性體在受力后不會發(fā)生任何形變，在實際中，大部分情況下我們會將將構(gòu)件近似于剛性體進行計算處理，不會與實際產(chǎn)生很大的誤差，這種誤差是被允許存在的。但是對于精度要求較高或者物體在受力后會產(chǎn)生比較大的變形，這種變形無法被忽略，就需要將物體當(dāng)成柔性體，考慮其在受力后會發(fā)生的變形，來進行計算處理。對于薄膜這種柔性體來說，其本身的結(jié)構(gòu)剛度與形狀以及預(yù)應(yīng)力的大小相關(guān)[13]，所以在應(yīng)用時需要先施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力不僅與薄膜的成型和使用壽命息息相關(guān)，而且對薄膜的面型以及模態(tài)都會有影響。所以測量與控制預(yù)應(yīng)力也是十分重要的一個研究方向。對于薄膜應(yīng)力的測量方法來說，需要達到兩點要求。第一：在實際中，對于裝配好的薄膜，有了支撐框架的作用，無法直接主觀的改變預(yù)應(yīng)力

第1章緒論5圖1.3“MOIRE”項目的空間概念圖[11]Figure1.3Spatialconceptmapforthe"Moire"project[11]2005年，法國圖盧茲大學(xué)的L·Koechlin等人提出了使用菲涅爾衍射陣列作為望遠鏡的主鏡，來實現(xiàn)高分辨的成像系統(tǒng)。2008年,DenisSerre等人運用菲涅爾衍射陣列第一次搭建了衍射成像系統(tǒng)。2011年科林小組研制了口徑200×200mm的菲涅耳成像透鏡并且計劃在2025年左右在ESA任務(wù)中將4米菲涅爾成像系統(tǒng)發(fā)射到太空[19-21]。2010年前后，國內(nèi)各個單位也相繼開始了對衍射薄膜光學(xué)成像系統(tǒng)的研究，主要是成都光電技術(shù)研究所、長春光學(xué)精密機械與北京空間機電研究所等研究所。2007年，長春光學(xué)精密機械所的張楠等人對1m口徑的衍射成像光學(xué)系統(tǒng)進行了初步的設(shè)計；在2008年，中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所完成了口徑80mm的薄膜成像實驗。2011年光電所研制的了150mm口徑的石英基底薄膜主鏡與聚酰亞胺薄膜。2012光電所研制了80mm薄膜樣機。同年研制了200mm薄膜拼接成像系統(tǒng)。2013年，長春光機所劉華等人分析了大口徑衍射望遠鏡系統(tǒng)的公差，為后續(xù)的衍射望遠鏡系統(tǒng)的建立提供了理論條件。2014年成都光電技術(shù)研究所首次完成了400mm口徑的薄膜望遠鏡的研制，取得了巨大的技術(shù)突破。2016年北京空間機電研究所展開了對于大口徑衍射透鏡制備技術(shù)的研究，同年研制出了口徑為200毫米的衍射望遠鏡原理樣機，并于同年制備出了口徑為400毫米的薄膜衍射


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