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合束光学系统气体热效应影响分析

兰硕,李新南,徐晨

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兰硕, 李新南, 徐晨. 合束光学系统气体热效应影响分析[J]. , 2018, 11(1): 108-114. doi: 10.3788/CO.20181101.0108
引用本文: 兰硕, 李新南, 徐晨. 合束光学系统气体热效应影响分析[J]. , 2018, 11(1): 108-114.doi:10.3788/CO.20181101.0108
LAN Shuo, LI Xin-nan, XU Chen. Influence of gas thermal effect on beam combination system[J]. Chinese Optics, 2018, 11(1): 108-114. doi: 10.3788/CO.20181101.0108
Citation: LAN Shuo, LI Xin-nan, XU Chen. Influence of gas thermal effect on beam combination system[J].Chinese Optics, 2018, 11(1): 108-114.doi:10.3788/CO.20181101.0108

合束光学系统气体热效应影响分析

doi:10.3788/CO.20181101.0108
详细信息
    作者简介:

    兰硕(1987—), 女, 黑龙江佳木斯人, 博士研究生, 工程师, 2011年于哈尔滨工业大学获得硕士学位, 主要从事 光学系统设计加工检测及热效应分析方面的研究。E-mail:slan@niaot.ac.cn

    李新南(1963—),男,江苏苏州人,硕士,研究员,博士生导师,1983年于华东工程学院获得学士学位,1991年于紫金山天文台获得硕士学位,1999年1~6月,美国亚历桑那大学访问学者,主要从事大口径光学技术应用方面的研究。E-mail:xnli@niaot.ac.cn

  • 中图分类号:TN012

Influence of gas thermal effect on beam combination system

More Information
  • 摘要:为了分析 合束光学系统的成像质量,本文研究了 合束光学系统的热耦合效应。借助光学设计软件建立 合束系统模型,基于传热学理论,根据光学系统结构及流场条件参数建立气体流体模型。根据光线追迹法编写用户自定义函数,通过数值模拟定量研究了介质气体热效应引起的波像差系数。仿真分析了气体热效应在不同时间下对 合束光学系统的影响。结果表明,受重力影响 合束系统热效应的旋转对称性变得不再明显,随着温度升高呈现分层变化,且非均匀热效应以低阶像差为主。将波像差系数导入光学设计软件,可实现复杂光场与热场耦合传函的定量分析,波像差劣化0.3 λ,传递函数下降0.1。

  • 图 1光学模型

    Figure 1.Optical model

    图 2不同位置处光学系统出瞳波相差

    Figure 2.Wavefront map at exit pupil of optical system in different position

    图 3流体模型(a)和光线追迹模型(b)

    Figure 3.Fluid model(a) and ray trace model(b)

    图 45 s条件下气体相位分布(a)和泽尼克系数(b)

    Figure 4.Phase distribution(a) and Zernike coefficient(b) under radiation for 5 s

    图 560 s条件下气体相位分布(a)及泽尼克系数(b)

    Figure 5.Phase distribution(a) and Zernike coefficient(b) under radiation for 60 s

    图 6不同位置处光学系统出瞳波像差

    Figure 6.Pupil map of optical system in different position

    表 1标准状态下介质气体参数

    Table 1.Parameters of gas medium in standard state

    Parameters Value
    Densityρ/(kg·m-3) 1.250 6
    Thermal conductivityλ/[W/(m·K)] 0.026
    Thermal expansivityαT/[1/K] 0.003 356
    CapacityCp/[J/(kg·K)] 1 040.67
    Refractive indexn0 1.000 279 3
    Thermal refractive index coefficientnT/[1/K] -0.929×10-6
    Absorption coefficientα/[1/m] 1×10-5[6]
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    表 2光学结构及流场条件参数

    Table 2.Parameters of optical structure and fluid field

    Parameters Value
    Single channel heat fluxQ/[w/m2] 200
    Operating pressureP0/Pa 101 325
    Entrance pupil diameterD/mm 800
    Single channel EPDDsingle/mm 200
    Optical path differenceOPD/mm 1 000
    Gravity accelerationg/[m/s2] 9.8
    Wavelengthλ/nm 1 060
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    表 3光学传递函数(60 lp/mm)

    Table 3.Optical Diffraction MTF(60 lp/mm)

    Position 1 Position 2 Position 3 Position 4 Position 5 Position 6
    0 s Focus Position 0.412 0.407 0.407 0.407 0.407 0.412
    5 s Focus Position 0.411 0.405 0.391 0.410 0.402 0.398
    60 s Focus Position 0.410 0.339 0.359 0.349 0.375 0.286
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出版历程
  • 收稿日期:2017-09-11
  • 修回日期:2017-11-12
  • 刊出日期:2018-02-01

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