【摘 要】
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光学窗口是保护光学系统不受外界环境干扰的隔绝装置,其不仅可以作为光学系统的一部分参与成像,也可作为压力气密设备及温度隔离设备维持窗口内部的稳定状态。本文针对在风洞下具有一定温度梯度及压差环境下工作的大口径光学窗口,提出了一种由K9光学玻璃与亚克力板组合的光学窗口拼接方案,并搭建了一套模拟窗口工作环境的实验设备。通过理论与实验结合的方式验证了该拼接式光学窗口的结构性能及光学性能,为类似风洞下工作的光
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光学窗口是保护光学系统不受外界环境干扰的隔绝装置,其不仅可以作为光学系统的一部分参与成像,也可作为压力气密设备及温度隔离设备维持窗口内部的稳定状态。本文针对在风洞下具有一定温度梯度及压差环境下工作的大口径光学窗口,提出了一种由K9光学玻璃与亚克力板组合的光学窗口拼接方案,并搭建了一套模拟窗口工作环境的实验设备。通过理论与实验结合的方式验证了该拼接式光学窗口的结构性能及光学性能,为类似风洞下工作的光学窗口提供了一种新的设计思路。研究了基于光机热集成方法的光学元件设计思路,阐述了光机热集成方法中结构分析、热分析及光学性能分析等分析步骤。结构分析方面,概述了光学窗口设计理论,包括窗口设计步骤及边界限定条件,得到了光学窗口设计基本参数;热分析方面,依据光学窗口工作环境,对其进行了热分析理论研究;光学性能方面,光学性能的分析需要与光学软件对应的接口程序,基于Zernike多项式面形拟合方法,探讨了适应于该光学窗口的面形拟合路径。提出了光学窗口的拼接方案,对窗口的材料和最小厚度进行了选择与计算,从理论上分析了压强载荷与温度载荷对光学窗口的影响。基于风洞下的工作环境,建立了有限元力热耦合模型,并根据有限元仿真结果对窗口面形质量进行评价以及Zernike系数计算,将Zernike系数代入Zemax光学设计软件,得到包括波前畸变、点扩散函数、及光学传递函数等光学性能评价指标。根据仿真和理论计算结果,生产了该拼接式光学窗口实物。为模拟光学窗口工作环境,搭建了加压箱等实验设备,并对其组成配置及实验步骤进行了详细设计。通过实验检测结果与理论分析结果对比,验证了35 mm厚拼接式光学窗口的设计合理性及工作可靠性。
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