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光学精密工程

光学精密工程 光学精密工程
  • 主编：张学军，曹良才
  • ISSN:1004-924X
  • eISSN:2097-3209
  • CN:22-1198/TH
  • 主管单位：中国科学院
  • 主办单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
    • 中国仪器仪表学会
  • 出版周期：半月刊
  • 电话：0431-86176855
  • 邮箱：gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 地址：长春市东南湖大路3888号
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Volume 34 期 6，2026 2026年第34卷第6期

  • 现代应用光学

    “介绍了其在煤热解领域的研究进展，专家采用TG-TDLAS实验与ReaxFF MD模拟相结合的方法，揭示了甲烷生成的微观机理，为提高能源转化效率提供了理论依据。”

    王庚乾, 王远洋, 李光跃, 田亚莉, 和小虎, 邱选兵, 李传亮, 梁五洲, 姚凯, 张君瑞

    DOI：10.37188/OPE.20263406.0861
    摘要：为了从原子尺度揭示烟煤热解过程中甲烷（CH₄）的生成机理，以弥补传统实验手段难以捕捉其反应前驱体与微观路径的不足，本研究采用了热重-可调谐半导体激光吸收光谱（TG-TDLAS）实验与反应分子动力学模拟（ReaxFF MD）相结合的方法。首先，通过TG-TDLAS实验获取了CH₄生成的宏观温度依赖性与动力学行为。其次，基于对烟煤样品的元素分析、红外光谱和13C核磁共振表征，构建了烟煤分子模型（C₃₀₉H₂₀₃N₃O₁₈），并利用ReaxFF MD模拟分析了不同温度下CH₃自由基的断裂、氢迁移及CH₄生成的动态反应过程。结果表明，实验测得CH₄生成主要集中于450~750 °C，峰值约600 °C；模拟则揭示了CH₄生成的微观机理，即侧链CH₃在约1 100 K断裂生成自由基，随后通过夺取邻近氢原子转化为CH₄，并在2 500 K达到峰值，两者在生成趋势上高度一致。结论认为，该方法从宏微观层面系统阐明了CH₄的生成源于前驱体断裂与氢夺取的平衡过程，验证了ReaxFF MD在揭示煤热解复杂反应网络中中间体行为的独特优势，为理解煤自燃、裂解路径及提高能源转化效率提供了理论依据。  
    关键词：ReaxFF MD;热解;煤分子模型;CH4   
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    更新时间：2026-03-27
    “介绍了其在空间光学元件损伤领域的研究进展，专家建立了超高速撞击模拟到光学性能退化的完整分析链路，为空间光学元件的损伤评估与防护设计提供了理论依据与方法支撑。”

    冯健飞, 王金成, 王孝坤, 张志宇, 王玉坤, 薛栋林, 张学军

    DOI：10.37188/OPE.20263406.0874
    摘要：为了研究空间碎片超高速撞击（HVI）对光学元件的损伤与光学系统散射影响，基于有限元法—光滑粒子流体动力学 （FEM-SPH）自适应耦合方法，结合高速撞击实验，系统研究了空间微粒超高速撞击作用下光学元件的损伤机理及其光学性能退化效应。本文研究对象为尺寸范围为0.1~1 mm的2024-T3铝质微粒，综合考虑了粒子尺寸，撞击速度，入射角度和粒子形貌（SAVM）四类参数的影响。数值模拟结果表明，撞击坑的直径与深度随粒子尺寸和撞击速度增大而单调增加，且在约25°入射角条件下损伤最为显著。不同粒子形貌对损伤程度具有显著影响，其中长圆柱体粒子引起的损伤最为明显。撞击过程中伴随碎片云演化及靶体表面隆起现象，其形成机理主要源于应力波传播，材料动态塑性流动及SPH粒子挤压耦合作用。进一步地，通过将提取的损伤形貌耦合至光学系统模型，定量分析了撞击所致表面缺陷对系统光学性能的影响。研究发现，当撞击粒子尺寸超过0.4 mm时，系统杂散光抑制比（ER）显著下降，低于40 dB的工程阈值，导致系统杂散光水平急剧升高，从而严重劣化光学成像与通信性能。本文建立了从超高速撞击模拟到损伤形貌再提取，形貌进行光学性能退化的完整分析链路，可为空间光学元件的损伤评估与防护设计提供理论依据与方法支撑。  
    关键词：空间碎片;HVI;FEM-SPH;光学性能退化;杂散光分析   
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    更新时间：2026-03-27
    “介绍了其在球形光电成像平台姿态控制领域的研究进展，专家建立了多变量耦合动力学模型，探索了解耦分层控制方法，为解决多自由度强耦合与扰动问题提供解决方案。”

    孟德智, 王昱棠, 田大鹏

    DOI：10.37188/OPE.20263406.0891
    摘要：高精度的姿态控制是球形光电成像平台在狭小空间内开展光电探测任务的关键。然而，多自由度强耦合与扰动问题会显著降低系统稳态性能与成像质量。针对这一问题，本文提出一种针对这类平台的解耦分层控制方法。首先，建立球形光电成像平台多变量耦合动力学模型，基于平台快慢时间尺度，将多变量耦合动力学模型分解为快速子系统和慢变子系统；然后，在此基础上提出一种分层控制方法，在快速子系统设计自适应滑模辅助干扰观测器，在慢变子系统中采用PID控制用于稳态调节，以实现扰动条件下平台姿态稳定控制。最后，在相同工况与统一整定原则下，将提出的方法与干扰观测器、滑模控制等方法进行对比实验验证。实验结果表明，在幅值与方向发生变化的扰动条件下，相较于其他算法，所提出的解耦分层控制方法能够将球形光电成像平台的最大横滚角偏差降低48.74%以上，收敛时间缩短36.06%以上，并对扰动强度变化表现出良好的适应性。提出的解耦分层控制方法能够使球形光电成像平台在复杂干扰下实现高精度姿态控制，为其在非结构化环境中保持稳定成像提供技术支撑。  
    关键词：动力学建模;干扰观测器;滑模控制;快慢子系统;扰动抑制   
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    更新时间：2026-03-27

  • 微纳技术与精密机械

    “针对广域扫描成像系统动态像移问题，专家提出基于沟槽凸轮机构的像移补偿系统，通过沟槽凸轮—摆杆机构驱动平面反射镜，引入与扫描方向相反的视轴微偏转，实现对像移的周期实时补偿。实验结果表明，该系统在平台10 r/min连续旋转扫描条件下，能有效恢复图像质量，成功采集到无几何畸变、轮廓清晰无拖影的无人机目标图像，为低空目标探测与识别提供可靠且经济的像移补偿方法。”

    陈旭洋, 何博侠, 仲帅杰, 肖诗杰, 李岩

    DOI：10.37188/OPE.20263406.0904
    摘要：针对广域扫描成像系统由周向旋转引入的动态像移问题，提出并实现了一种基于沟槽凸轮机构的像移补偿系统。在传感器曝光积分过程中，通过沟槽凸轮—摆杆机构驱动平面反射镜，引入与扫描方向相反的视轴微偏转，实现对像移的周期实时补偿。通过分析扫描成像的像移产生及其补偿原理，设计像移补偿机构轮廓参数，建立其与视轴偏转角度之间的映射模型，设计时序匹配方法，利用广域扫描成像探测装置对上述方法进行验证。实验结果表明：在平台10 r/min连续旋转扫描条件下，系统动态补偿成像条件下USAF1951靶条纹的纵向/横向CTF恢复至静态成像的73%/86%，圆点靶相对静态参考的SSIM与PSNR提升至0.845和15.46 dB，与静态成像的靶标图像效果基本一致；针对可见光与红外两个波段、滚动快门与全局快门两种成像模式，动态补偿成像时均成功采集到无几何畸变、轮廓清晰无拖影的无人机目标图像；补偿后图像清晰度能够满足低空目标探测与识别的需求，验证了该机构在广域扫描场景中的稳像有效性。该补偿机构实现了连续扫描条件下的实时像移补偿，为低空防御等领域的广域连续扫描成像提供了可靠且经济的像移补偿方法。  
    关键词：像移补偿;广域扫描成像;凸轮机构;无人机探测   
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    更新时间：2026-03-27
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