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  本文關(guān)鍵詞：機(jī)械刻劃光柵刻線誤差及其修正方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）》 2013年

機(jī)械刻劃光柵刻線誤差及其修正方法研究

李曉天  

【摘要】：隨著科技的迅速發(fā)展，大面積且高質(zhì)量的平面衍射光柵在各國(guó)軍事、天文、核能、航天航空以及民用領(lǐng)域的需求越發(fā)迫切。機(jī)械刻劃法是光柵主要制作方法之一，是制作某些特殊用途光柵的最佳選擇，如低刻線密度的紅外激光光柵和所有中階梯光柵等。對(duì)于機(jī)械刻劃法而言，光柵刻線誤差是影響大面積光柵性能指標(biāo)（衍射波前、雜散光和分辨本領(lǐng)等）的關(guān)鍵因素。鑒于此，，本論文受“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目和國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目資助，從機(jī)械刻劃光柵的刻線誤差入手，探索提高大面積機(jī)械刻劃光柵質(zhì)量的方法，主要對(duì)機(jī)械刻劃光柵刻線誤差與基底面型誤差和光柵衍射波前及其它性能指標(biāo)之間的關(guān)系、刻線誤差對(duì)光柵性能影響及其機(jī)械修正方法和刻線擺角誤差實(shí)時(shí)修正方法等做了較為深入的研究。第一，推導(dǎo)出了光柵錐面衍射下光柵刻線誤差、基底面型誤差與衍射波前之間的關(guān)系表達(dá)式，通過(guò)測(cè)量光柵對(duì)稱級(jí)次衍射波前，實(shí)現(xiàn)了刻線誤差與基底面型誤差分離以及二者的數(shù)字化定量提取；通過(guò)二維快速傅里葉變換方法分析光柵衍射波前,考察了刻線誤差與基底面型誤差對(duì)光柵性能指標(biāo)的影響。借助上述方法可以通過(guò)重構(gòu)的光柵衍射波前，分析光柵性能指標(biāo)，同時(shí)還可以反演光柵全表面刻線誤差與面型誤差的大小，為光柵制造和使用技術(shù)提供理論依據(jù)。第二，闡述了在單色平行光入射條件下含有等間距刻線彎曲和刻線位置誤差的平面光柵在焦平面上成像的光線追跡模型，分析了上述兩種刻線誤差對(duì)光柵衍射譜成像性能的影響；理論分析結(jié)果表明，刻線彎曲和刻線位置誤差分別主要影響光柵弧矢和子午方向光譜性能，刻線彎曲對(duì)光柵分辨本領(lǐng)和雜散光影響較小，該結(jié)果可為機(jī)械刻劃光柵制作技術(shù)的研究重點(diǎn)提供指導(dǎo)。第三，采用有限元分析方法對(duì)長(zhǎng)春光機(jī)所2號(hào)刻劃?rùn)C(jī)可機(jī)械修正的主要光柵刻線彎曲來(lái)源——刻劃刀架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、石英導(dǎo)軌系統(tǒng)剛度不足和刻劃刀架系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式不合理等問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的機(jī)械修正方法，最后對(duì)部分機(jī)械修正方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果在趨勢(shì)上具有較好的一致性。第四，針對(duì)2號(hào)刻劃?rùn)C(jī)中的主要刻線位置誤差展開機(jī)械修正方法研究；通過(guò)對(duì)刻劃刀架系統(tǒng)與微定位工作臺(tái)平行性進(jìn)行機(jī)械修正，解決了光柵刻線不完整問(wèn)題；提出了鞍型滑塊與刻劃刀架連接方式的機(jī)械修正方案，設(shè)計(jì)了柔性鉸鏈?zhǔn)竭B接方式來(lái)取代原有的固定連接方式，有效解決了刻劃刀架系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定問(wèn)題，機(jī)械修正后結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)相比，其光柵刻線位置誤差有了明顯下降，有效抑制了光柵雜散光，提高了2號(hào)光柵刻劃?rùn)C(jī)的光柵質(zhì)量。第五，對(duì)2號(hào)光柵刻劃?rùn)C(jī)微定位工作臺(tái)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中的主要參數(shù)與工作臺(tái)動(dòng)態(tài)性能之間的關(guān)系進(jìn)行了仿真分析，并對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID和傳統(tǒng)PID算法的控制精度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析；結(jié)果表明，增大宏微兩級(jí)工作臺(tái)之間的連接剛度或阻尼在總體趨勢(shì)上均可改善微定位工作臺(tái)性能，而且BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法是更適合2號(hào)刻劃?rùn)C(jī)工作臺(tái)的控制算法，上述分析結(jié)果對(duì)大光柵刻劃?rùn)C(jī)宏微兩級(jí)工作臺(tái)設(shè)計(jì)和改進(jìn)及控制算法選擇具有一定參考意義。第六，給出了一種單壓電陶瓷式光柵刻劃?rùn)C(jī)工作臺(tái)擺角誤差實(shí)時(shí)修正方法，并針對(duì)工作臺(tái)擺角測(cè)量中出現(xiàn)的問(wèn)題，采用三路激光干涉儀和zygo衍射波前測(cè)量?jī)x對(duì)擺角測(cè)量誤差來(lái)源進(jìn)行交互驗(yàn)證分析，最終通過(guò)光柵刻劃實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的擺角修正方法的可行性；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本文給出的單壓電陶瓷式方法，有效抑制了光柵刻線擺角誤差，該擺角修正方法可望應(yīng)用于實(shí)時(shí)修正大面積機(jī)械刻劃光柵的刻線擺角誤差。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

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【引證文獻(xiàn)】

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1 趙博;衍射光柵的相位拼接[D];中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2000年

2 賈宏光;基于變比模型的壓電驅(qū)動(dòng)微位移工作臺(tái)控制方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2000年

3 熊木地;大行程亞微米精度激光直寫設(shè)備定位技術(shù)的研究[D];中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2000年

4 蘇紹璟;大量程納米級(jí)光柵位移測(cè)量理論及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2001年

5 時(shí)輪;一種亞納米級(jí)柵距變化量的變柵距光柵分度控制方法的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2003年

6 崔玉國(guó);壓電陶瓷自感知執(zhí)行器及其驅(qū)動(dòng)微動(dòng)工作臺(tái)控制方法的研究[D];大連理工大學(xué);2003年

7 董維杰;壓電自感知執(zhí)行器理論與應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2003年

8 魏強(qiáng);納米定位微位移工作臺(tái)的控制技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2006年

9 李鳴鳴;大行程納米定位系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];上海大學(xué);2007年

10 紀(jì)華偉;壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微位移工作臺(tái)建模與控制技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2006年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 黃川;時(shí)域協(xié)調(diào)的動(dòng)力時(shí)空有限元算法及其應(yīng)用[D];四川大學(xué);2003年

2 鄭偉范;動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定性分析[D];西南交通大學(xué);2004年

3 周曉峰;基于PZT微定位系統(tǒng)控制研究[D];浙江大學(xué);2004年

4 龐勇;遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分析與改進(jìn)[D];天津大學(xué);2003年

5 張海娟;發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼振動(dòng)與噪聲輻射研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2006年

6 周法權(quán);AFM工作臺(tái)掃描控制系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

7 鄧俊廣;基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的精密定位平臺(tái)控制系統(tǒng)研究[D];汕頭大學(xué);2006年

8 李德選;面向微細(xì)作業(yè)的微操作器的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2006年

9 張略;壓電陶瓷執(zhí)行器非線性的自適應(yīng)補(bǔ)償[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

10 李森;壓電陶瓷微位移驅(qū)動(dòng)器輸出特性的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

【相似文獻(xiàn)】

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1 蔡煒;羅兵;鄧鶴鳴;范欣來(lái);熊鵬;;光纖布拉格光柵復(fù)合絕緣子的應(yīng)力分布分析[J];高電壓技術(shù);2011年05期

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5 劉偉;;小型Offner凸光柵光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析[J];中國(guó)光學(xué)與應(yīng)用光學(xué);2010年02期

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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6 王新全;靜態(tài)光譜偏振成像技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2011年

7 李曉天;機(jī)械刻劃光柵刻線誤差及其修正方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2013年

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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2 李明;MEH-PPV激發(fā)態(tài)能量弛豫過(guò)程的瞬態(tài)光柵光譜研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

3 王琳;光譜成像技術(shù)用于中藥鑒別和煎煮及光柵光譜成像裝置[D];暨南大學(xué);2012年

4 于宏柱;全自動(dòng)光柵衍射效率測(cè)試儀設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2013年

5 葛欣;同波長(zhǎng)Bragg光柵的解調(diào)系統(tǒng)的研究[D];燕山大學(xué);2012年

6 張健敏;彩色光譜的計(jì)算機(jī)重現(xiàn)[D];蘇州大學(xué);2005年

7 陳超;Bragg光纖光柵飛秒激光微納制備及其應(yīng)用的研究[D];吉林大學(xué);2010年

8 黃慶探;基于FPGA的線陣光柵光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[D];重慶大學(xué);2010年

9 李子雷;推掃式光譜成像檢測(cè)系統(tǒng)及其在中藥材檢測(cè)中的應(yīng)用[D];暨南大學(xué);2011年

10 張義文;微納波導(dǎo)光柵及其制造技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：機(jī)械刻劃光柵刻線誤差及其修正方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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