1.8 m空间长条反射镜柔性支撑技术研究 被引量：5

1

作者 李宗轩 张昌昊 +2 位作者 张德福 马斌 李云峰 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1079-1091,共13页

1.8 m×0.5 m口径的长条形主反射镜是某空间离轴三反光学系统的重要光学元件,其面形精度的好坏是决定光学系统在轨成像质量的关键。为保证主镜组件结构的稳定性、可靠性及反射镜的面形精度,提出一种适用于大尺寸长条形反射镜的双轴... 1.8 m×0.5 m口径的长条形主反射镜是某空间离轴三反光学系统的重要光学元件,其面形精度的好坏是决定光学系统在轨成像质量的关键。为保证主镜组件结构的稳定性、可靠性及反射镜的面形精度,提出一种适用于大尺寸长条形反射镜的双轴柔性支撑结构。首先,基于运动学等效原理提出双轴柔性支撑的初始结构,建立了柔性环节刚度数学模型并研究了其刚度特性。然后,对柔性支撑的安装位置进行了参数化研究并对柔性支撑的关键尺寸进行了优化设计。最后,确定了反射镜组件的最终设计方案。仿真与试验结果表明,反射镜组件一阶固有频率为104 Hz。X/Y两个光轴分别对径向施加1 G重力时面形精度RMS值分别为4.81 nm、6.09 nm,优于λ/50(λ=632.8 nm),均满足设计要求。组件正样动力学环境试验表明,反射镜组件的动力学特性良好,柔性支撑系统稳定可靠,与仿真结果一致。目前反射镜全口径面形精度已加工至λ/30 RMS,并在此精度下进行了自重0°/180°的±1 G面形检测试验,结果显示其稳定性良好。 展开更多

关键词 空间光学 离轴三反光学系统 长条反射镜 柔性支撑 有限元方法 动力学实验

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长条反射镜及柔节的参数优化设计 被引量：3

2

作者 王朋朋 辛宏伟 +3 位作者 朱俊青 王永宪 沙巍 陈长征 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期238-243,共6页

为了提高空间离轴相机反射镜组件的设计效率,以某长条反射镜组件为例,提出了一种参数优化设计方法,以反射镜及柔节为研究重点,详细阐述其结构参数优化设计过程。对优化后的反射镜组件进行仿真分析,该组件在1g轴向重力工况下,镜面面形RM... 为了提高空间离轴相机反射镜组件的设计效率,以某长条反射镜组件为例,提出了一种参数优化设计方法,以反射镜及柔节为研究重点,详细阐述其结构参数优化设计过程。对优化后的反射镜组件进行仿真分析,该组件在1g轴向重力工况下,镜面面形RMS值为1.60nm≤λ/50(λ=632.8 nm);在5℃均匀温升载荷作用下,镜面面形RMS值为6.70 nm≤λ/50;质量为2.58 kg,基频为274 Hz,数据均满足设计要求。表明对反射镜组件结构进行参数优化可较好地满足指标,并由计算机进行结构参数优化迭代,显著提高了设计效率。 展开更多

关键词 长条反射镜 柔节 参数优化 仿真分析

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空间长条形反射镜背部三支撑点的设置 被引量：13

3

作者 朱俊青 沙巍 +2 位作者 陈长征 张星祥 任建岳 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2562-2569,共8页

采用背部三点支撑方式的空间光学遥感器长条形反射镜目前尚无普遍适用的支撑点设置方法,只能对某一确定尺寸和长宽比的反射镜进行专门设计。本文提出了基于规则模型的、以参数化模型为核心的集成参数化设计方法,并建立了长条形实体反射... 采用背部三点支撑方式的空间光学遥感器长条形反射镜目前尚无普遍适用的支撑点设置方法,只能对某一确定尺寸和长宽比的反射镜进行专门设计。本文提出了基于规则模型的、以参数化模型为核心的集成参数化设计方法,并建立了长条形实体反射镜背部三点支撑集成参数化模型。在集成环境中通过试验设计、响应面分析等方法对设计参数进行了分析和优化,结果表明在轴向重力工况,镜面面形峰谷(PV)值优于λ/10(λ=632.5nm)的设计要求下,长条形碳化硅反射镜背部三点支撑的最大适用尺寸为1m。文中给出了最优支撑点布置,并确定了厚径比最优为1/10。最后,对集成参数化分析方法进行了精度分析,结果显示该方法整体误差为6.13%。提出的方法确定了空间长条镜背部三点支撑的适用范围,提供了支撑点最佳布置,为空间相机不同尺寸要求的长条镜设计打下了基础。 展开更多

关键词 空间光学遥感器 空间反射镜 长条形反射镜 参数化设计 集成优化 背部支撑

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长条形反射镜的集成优化设计 被引量：6

4

作者 袁健 沙巍 +2 位作者 陈长征 张星祥 任建岳 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期85-89,94,共6页

离轴三反系统(TMA)在具有高分辨率、大视场的空间遥感器中被广泛使用,长条形反射镜作为TMA系统中的核心元件,其自身的性能直接影响遥感器的成像质量。本文在传统反射镜轻量化结构的基础上,为改善反射面局部面形质量,提出一种变筋厚设计... 离轴三反系统(TMA)在具有高分辨率、大视场的空间遥感器中被广泛使用,长条形反射镜作为TMA系统中的核心元件,其自身的性能直接影响遥感器的成像质量。本文在传统反射镜轻量化结构的基础上,为改善反射面局部面形质量,提出一种变筋厚设计方案;为了确定各结构参数的最佳取值,将反射面的面形精度和镜体质量同时作为目标函数,采用邻域培植多目标遗传算法(Neighborhood Cultivation Genetic Algorithm,NCGA)对其进行集成优化求解;结合制造工艺的约束,调整并确定该反射镜最终的设计方案。在z向1 g工况下,优化后的反射镜RMS值为1.278 nm、PV值为5.642 nm,分别较初始结构(RMS=1.947 nm,PV=8.349 nm)降低了34.4%和32.4%,且质量比初始结构略有减轻,从而兼顾了面形精度和镜体质量。这说明本文所提出的轻量化方案和结构参数确定方法适用于TMA系统中长条形反射镜轻量化结构的设计,对今后相关元件的研制具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 集成优化设计 长条形反射镜 轻量化结构 变筋厚设计 多目标优化

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大长宽比长条形SiC反射镜的优化设计与试验 被引量：6

5

作者 魏磊 张雷 +1 位作者 李宗轩 马冬梅 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期130-136,共7页

针对某离轴三反光学系统中的大长宽比长条形SiC反射镜镜面边缘随机振动加速度响应均方根值过大的特点,提出一种采用"基结构法"的反射镜结构拓扑优化方法,以随机振动加速度响应均方根值最小化为优化目标.首先对某初始反射镜结... 针对某离轴三反光学系统中的大长宽比长条形SiC反射镜镜面边缘随机振动加速度响应均方根值过大的特点,提出一种采用"基结构法"的反射镜结构拓扑优化方法,以随机振动加速度响应均方根值最小化为优化目标.首先对某初始反射镜结构进行有限元分析,发现反射镜镜面边缘点Z向加速度响应均方根值过大.其次,应用连续体结构拓扑优化思想,以反射镜镜面边缘点的随机振动加速度响应均方根值作为优化目标,以镜面峰谷值、镜体一阶约束频率作为约束条件,以反射镜筋板式基结构作为优化空间,对反射镜镜体结构进行拓扑优化设计,得到了一种各项力学性能指标及面形精度均满足指标要求的反射镜轻量化结构.最后,通过有限元分析与振动试验,验证了本文设计的反射镜结构拥有良好的力学性能,其中反射镜镜体质量相比优化前降低了13%,镜面边缘点的Z向随机振动加速度响应均方根值降低了58%,证明了本文优化方法的有效性. 展开更多

关键词 长条形反射镜 面形精度 拓扑优化 随机振动 轻量化

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长条形SiC空间反射镜轻量化结构优化设计 被引量：6

6

作者 齐光 李景林 +1 位作者 王书新 任建岳 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期43-47,共5页

在保证空间光学遥感相机反射镜结构刚度、面形精度的同时,最大限度的降低反射镜质量,成为各国新兴的、重要的研究课题。本文从材料、支撑形式、相关几何参数以及轻量化结构形式等方面对反射镜进行详细设计。提出了通过拓扑优化确定反射... 在保证空间光学遥感相机反射镜结构刚度、面形精度的同时,最大限度的降低反射镜质量,成为各国新兴的、重要的研究课题。本文从材料、支撑形式、相关几何参数以及轻量化结构形式等方面对反射镜进行详细设计。提出了通过拓扑优化确定反射镜背部轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明:重力载荷下面形精度达到λ/10PV,λ/50RMS(λ=632.8nm),PV值7nm,RMS值1.68nm,反射镜组件一阶固有频率256Hz,均优于传统结构形式的反射镜,能够满足应用要求。 展开更多

关键词 空间相机 长条形反射镜 轻量化 有限元分析

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大口径离轴长条形反射镜的检测支撑机构 被引量：5

7

作者 杨帅 沙巍 +2 位作者 陈长征 张星祥 任建岳 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2835-2842,共8页

针对大口径离轴长条形反射镜光轴水平向检测的需要,设计了一套检测支撑结构。优化了结构参数,实现了由支撑结构引起的镜面面形误差最小化。通过比较长条形反射镜光轴水平向检测支撑的级联多点支撑结构,选择了结构简单、扩展性和调整性... 针对大口径离轴长条形反射镜光轴水平向检测的需要,设计了一套检测支撑结构。优化了结构参数,实现了由支撑结构引起的镜面面形误差最小化。通过比较长条形反射镜光轴水平向检测支撑的级联多点支撑结构,选择了结构简单、扩展性和调整性优良的两点单层固定支撑结构。利用集成仿真与优化方法,分析计算反射镜镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势,确定了最优支撑间隔。最后,利用干涉仪结合补偿器的检测方式,对不同支撑间隔工况下镜面面形进行检测,验证了仿真分析的可靠性。结果表明:在支撑间隔为564mm时,由检测支撑引起的镜面面形误差最小(RMS=8.26nm),干涉检测得到的镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势与仿真得到的趋势相符,仿真结果可靠性高。提出的方法可实施性好,可推广到其他大口径离轴长条形反射镜的设计和检测中,为离轴三反(TMA)相机的设计提供技术基础。 展开更多

关键词 离轴长条形反射镜 检测支撑 面形误差 集成仿真与优化 离轴三反相机

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大口径长条形反射镜组件自重变形的仿真与试验 被引量：4

8

作者 董得义 李志来 +3 位作者 薛栋林 张学军 樊延超 庞新源 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1424-1431,共8页

研究了空间光学遥感器的大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化,实验验证和定量分析了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法得到的仿真分析结果的精度。介绍了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法的基本原理,分别用这... 研究了空间光学遥感器的大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化,实验验证和定量分析了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法得到的仿真分析结果的精度。介绍了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法的基本原理,分别用这两种算法对大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化进行了仿真分析。根据误差合成原理,提出了依据翻转前后两个状态的面形检测结果计算镜面面形变化的方法;针对离轴反射镜在面形检测过程中存在离轴量与镜面像散互相补偿的现象,求解了离轴量变化量与镜面像散的关系。试验结果显示:Zernike多项式拟合法的计算精度为74.2%,而球面方程拟合法的计算精度为12.6%;对仿真分析结果的误差评价表明,采用有限元法得到的仿真分析结果的理论精度值为10%左右,与球面方程拟合方法的计算精度12.6%基本吻合。研究表明,由于Zernike多项式拟合法自身的局限性,不适合对长条形反射镜面形变化进行拟合,而球面方程拟合法的计算精度能够满足工程要求。 展开更多

关键词 空间光学遥感器 大口径反射镜 长条形反射镜 自重变形 仿真分析 Zernike多项式拟合 球面方程拟合

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长条形空间反射镜轻量化及其支撑结构设计 被引量：9

9

作者 关英俊 辛宏伟 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1245-1249,共5页

为保证空间反射镜在空间应用环境中保持高位置精度和面形精度,实现良好成像,从结构材料的选择、反射镜轻量化设计及支撑结构设计三个方面对某长条形空间反射镜进行了详细的结构设计。提出了一种底面局部开口、三角形加强筋的轻量化形式... 为保证空间反射镜在空间应用环境中保持高位置精度和面形精度,实现良好成像,从结构材料的选择、反射镜轻量化设计及支撑结构设计三个方面对某长条形空间反射镜进行了详细的结构设计。提出了一种底面局部开口、三角形加强筋的轻量化形式,反射镜采用背部三点支撑方案,通过合理设计柔性支撑结构参数,使反射镜保证了高刚度和热尺寸稳定性要求。采用有限元法对反射镜系统进行了静、动态特性和热特性分析。分析结果表明:自重及5℃均匀温变载荷工况下,反射镜面形精度达到λ/10 PV,λ/50 RMS(λ=632.8 nm);反射镜组件一阶固有频率230 Hz,具有足够高的动静态刚度和热尺寸稳定性,满足空间应用要求。 展开更多

关键词 空间相机 长条形反射镜 柔性支撑 轻量化 有限元分析

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长条形反射镜支撑结构设计与分析 被引量：17

10

作者 刘福贺 程志峰 +2 位作者 石磊 徐宁 管坐辇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期1512-1517,共6页

为了降低航空光电侦察设备的整体质量,减小反射镜在复杂航空环境下的面形变化,利用有限元方法对某长条形反射镜组件结构进行了优化。首先,计算轻量化反射镜所需的支撑点数量,并对支撑点的位置进行优化。接着,为了解决温度变化时组件材... 为了降低航空光电侦察设备的整体质量,减小反射镜在复杂航空环境下的面形变化,利用有限元方法对某长条形反射镜组件结构进行了优化。首先,计算轻量化反射镜所需的支撑点数量,并对支撑点的位置进行优化。接着,为了解决温度变化时组件材料线胀系数不匹配带来的热变形问题,在支撑结构中引入了柔性铰链,并对柔性铰链参数进行了优化。最后,对反射镜组件进行面形精度分析,得到反射镜RMS为20.3 nm,小于1/30λ(λ=632.8 nm);对组件进行模态分析及试验,得到一阶固有频率分别为138 Hz和162 Hz,满足设计指标要求,分析及试验结果表明了该反射镜的支撑结构合理可行。 展开更多

关键词 长条形反射镜 柔性铰链 面形精度 动态性能

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中心支撑长条形反射镜轻型优化设计 被引量：11

11

作者 包奇红 沙巍 +1 位作者 陈长征 任建岳 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期157-163,共7页

针对轻小卫星相机质量更轻、性能更好的设计要求,对空间某中等口径的长条形反射镜提出一种基于中心支撑形式的轻型优化设计方法。选用背部中心单点支撑形式,不仅从整体上减小了反射镜及其组件的质量,而且大大简化了支撑结构的设计。采... 针对轻小卫星相机质量更轻、性能更好的设计要求,对空间某中等口径的长条形反射镜提出一种基于中心支撑形式的轻型优化设计方法。选用背部中心单点支撑形式,不仅从整体上减小了反射镜及其组件的质量,而且大大简化了支撑结构的设计。采用多目标集成优化的方法,提高了反射镜在Z向重力工况下的面形精度。设计了适用于中心支撑的柔性支撑结构,克服了中心支撑刚度低、动态可靠性差的缺点。仿真分析了反射镜及其组件的综合性能,并与背部三点支撑形式进行了比较。结果表明,中心支撑的反射镜质量更轻(3.36 kg),与实体反射镜相比,轻量化率达到了87%,组件质量也较三点支撑减小了24%;在X、Y、Z三轴方向1 g重力工况下的面形精度RMS值分别达到2.2、2.1、7.5 nm,优于三点支撑形式;4℃均匀温升载荷工况下的面形精度RMS值为2.8 nm,远小于设计要求的RMS≤12 nm;反射镜组件的一阶固有频率为135 Hz,重力作用下镜面的最大刚体位移为3.96μm。该设计在极大地减小了反射镜及其组件质量的同时,保证了反射镜的面形精度和组件的动、静态刚度,满足设计要求,为同类型空间反射镜的轻型优化设计提供了一种新思路。 展开更多

关键词 长条形反射镜 中心支撑 多目标优化 柔性支撑结构 对比分析

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长条形空间反射镜组件轻量化结构设计 被引量：10

12

作者 曲慧东 魏加立 +2 位作者 董得义 胡海飞 关英俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期179-189,共11页

针对某700 mm×249 mm长条形空间反射镜组件结构设计要求,对反射镜及其支撑结构进行了详细的光机结构设计。首先,从反射镜材料选择、径厚比、支撑方案及轻量化形式等角度出发,对反射镜进行结构设计。通过理论计算得到长条形反射镜... 针对某700 mm×249 mm长条形空间反射镜组件结构设计要求,对反射镜及其支撑结构进行了详细的光机结构设计。首先,从反射镜材料选择、径厚比、支撑方案及轻量化形式等角度出发,对反射镜进行结构设计。通过理论计算得到长条形反射镜的支撑点数。对支撑点位进行了优化,并探索了支撑孔位对反射镜自重变形的影响规律。其次,为满足反射镜组件的力、热环境适应性要求,设计了一种新型柔性支撑结构,并给出了柔性铰链薄弱环节对反射镜面形精度的影响;对支撑结构安装位置深度进行优化,给出反射镜面形精度关于支撑结构安装位置的变化曲线。然后,对反射镜组件进行了有限元分析,自重和5℃温升载荷工况下,反射镜面形精度峰谷(Peak Valley,PV)值和均方根(Root Mean Square,RMS)值最大分别达到58.2 nm和12.3 nm;反射镜组件一阶固有频率为259 Hz,低频正弦扫描振动条件下柔性支撑最大应力响应为138 MPa。最后,进行了动力学试验测试。测试结果表明,反射镜组件一阶固有频率为255 Hz,有限元分析误差为1.7%。分析和试验结果表明,反射镜组件结构设计合理,满足设计指标要求。 展开更多

关键词 长条形反射镜 轻量化 有限元分析 动力学试验

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轻质长条形反射镜结构优化设计 被引量：4

13

作者 王朋朋 辛宏伟 +3 位作者 朱俊青 王永宪 许艳军 陈长征 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期97-103,共7页

为解决空间反射镜镜体质量和面形精度在轻量化设计过程中会引起相互冲突的问题,针对某型离轴三反光学系统的长条形主反射镜进行了结构优化设计研究,提出了一种基于SiC材料的中心支撑的轻量化结构,同时引入了多目标集成优化方法,以镜体质... 为解决空间反射镜镜体质量和面形精度在轻量化设计过程中会引起相互冲突的问题,针对某型离轴三反光学系统的长条形主反射镜进行了结构优化设计研究,提出了一种基于SiC材料的中心支撑的轻量化结构,同时引入了多目标集成优化方法,以镜体质量(Mass)和面形(RMS)同时作为优化目标,得到一个反射镜最佳结构模型,其质量为2.32 kg,轻量化率达到了73.8%;然后,对反射镜支撑结构进行了结构设计和说明,并对该组件进行了仿真分析,在X、Y、Z三轴方向1 g重力工况下的RMS值分别达到2.5 nm、2.2 nm、7.3 nm,4℃均匀温升载荷工况下的RMS值为3.2 nm,远小于设计要求的RMS≤λ/50(λ=632.8 nm),满足设计要求。 展开更多

关键词 长条形反射镜 中心支撑 轻量化 多目标集成优化 有限元分析

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长条形镜面面形拟合技术研究 被引量：2

14

作者 闫力松 杨甬英 +1 位作者 马冬林 韩西萌 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1011-1016,共6页

为了解决长条形镜面面形拟合中各项不正交,无法在调整中利用像差指导计算机辅助装调的问题,本文建立了一套合理的拟合模型。该模型以矩阵求解正交化Zernike多项式系数为基础,将离散的数据点作为定义域,对已选取的Zernike项进行定义域内... 为了解决长条形镜面面形拟合中各项不正交,无法在调整中利用像差指导计算机辅助装调的问题,本文建立了一套合理的拟合模型。该模型以矩阵求解正交化Zernike多项式系数为基础,将离散的数据点作为定义域,对已选取的Zernike项进行定义域内正交化计算,并以获得的各正交项为基底,实现对长条形镜面及其他异形光学镜面的正交化多项式拟合求解。进而确定在干涉检测中加工误差与装调误差的分离,为光学镜面的最终面形收敛提供保障。根据本文实验结果,对一口径600 mm×260 mm,PV与RMS值分别为5. 889λ及1. 002λ的长条形光学镜面进行拟合,利用Metropro去像散后,面形未得到收敛,PV与RMS值分别变为7. 448λ及1. 725λ。而采用本文算法处理后,其PV与RMS值分别收敛为4. 666λ及0. 679λ,验证了本文方法对于长条形镜面拟合的正确性。 展开更多

关键词 干涉测量 面形拟合 长条形反射镜 正交化

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光学镜头、光学零部件

15

《中国光学》 EI CAS 2003年第6期4-5,共2页

TH703 2003064020长条形反射镜体轻量化结构的参数优化设计=Parameteroptimum design on a lightweight rectangular mirror[刊,中]/吴清彬(哈尔滨工业大学机电工程学院.黑龙江,哈尔滨(150001)),陈时锦…∥光学技术.-2003,29(1).-76-78... TH703 2003064020长条形反射镜体轻量化结构的参数优化设计=Parameteroptimum design on a lightweight rectangular mirror[刊,中]/吴清彬(哈尔滨工业大学机电工程学院.黑龙江,哈尔滨(150001)),陈时锦…∥光学技术.-2003,29(1).-76-78,82提出了一种对长条形反射镜轻量化结构进行优化设计的方法。利用ANSYS软件建立反射镜体结构的参数化模型,将有关结构参数变量指定为优化设计变量,以反射镜体在地面重力作用下的镜面变形误差以及在承受发射过载时所产生的最大Von Mises应力作为约束条件,结合有限元法对镜体轻量化结构的尺寸参数进行优化分析,得到了轻量化程度高,镜面变形误差完全满足设计要求的反射镜体。图6表5参5(严寒) 展开更多

关键词 长条形反射镜 量化结构 镜面变形 参数优化设计 有限元法 自聚焦透镜 参数变量 光学技术 参数化模型 梯度折射率棒透镜

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