化学钢化光学窗口玻璃强度分析与检测

以脆性材料的断裂力学为基础,根据化学钢化光学窗口玻璃表面应力分布状态,分析了化学钢化对光学窗口玻璃强度的影响。将Weibull模型与玻璃微裂纹生长理论相结合,分析并提出了化学钢化光学窗口玻璃的强度检验和寿命预测方法,为化学钢化光学窗口玻璃的强度设计和检验提供指导。     

光学玻璃的强度设计方法研究

玻璃没有固定的特征强度值,其强度主要由其表面裂纹的分布所决定,玻璃的强度设计需采取保守设计思想.以玻璃强度基本理论为基础,给出并分析了断裂几率预测法、最小寿命预测法和寿命-断裂几率综合预测法三种玻璃强度设计方法.这些方法可为设计者提供给定玻璃的使用强度、断裂几率及预期寿命,还可为光学元件及其装配结构设计提供指导.     

光学玻璃应力双折射叠加

为解决在光学玻璃应力双折射测量中遇到的双折射叠加问题,利用光学等效原理,使用一个线性双折射模型和一个旋转器来代替叠加模型。对叠加的情况做了分析和计算,得到了叠加后的特征延迟、主应力方向和旋转角随两个应力模型主应力方向夹角变化的曲线。理论分析表明,应力双折射叠加不是应力双折射的简单相加,而是与叠加模型各自的应力双折射值和主应力方向的夹角有关。实验结果与理论计算相吻合。应力双折射叠加对实际光学玻璃测试造成不良影响,使测量精度降低,特别是有透光支撑机构或折射液容器的情况下,应力双折射叠加的影响不可忽略。     

光学玻璃应力双折射叠加

为解决在光学玻璃应力双折射测量中遇到的双折射叠加问题,利用光学等效原理,使用一个线性双折射模型和一个旋转器来代替叠加模型。对叠加的情况做了分析和计算,得到了叠加后的特征延迟、主应力方向和旋转角随两个应力模型主应力方向夹角变化的曲线。理论分析表明,应力双折射叠加不是应力双折射的简单相加,而是与叠加模型各自的应力双折射值和主应力方向的夹角有关。实验结果与理论计算相吻合。应力双折射叠加对实际光学玻璃测试造成不良影响,使测量精度降低,特别是有透光支撑机构或折射液容器的情况下,应力双折射叠加的影响不可忽略。     

K9基片的亚表面损伤探测及化学腐蚀处理技术研究

研究了几种类型的腐蚀液对K9基片化学腐蚀的影响。通过腐蚀液对基片纵向腐蚀速度的变化初步判断了K9基片重沉积层的深度。考察了腐蚀前后基片表面参数的变化以及腐蚀对激光损伤阈值的影响。研究表明,特定的腐蚀液能够对K9基片进行平稳可控的腐蚀,并且腐蚀能提高其激光损伤阈值,其主要原因是去除了重沉积层及表面、亚表面缺陷中的污染物,但过多的腐蚀会暴露本来为重沉积层所掩盖的划痕等亚表面缺陷,所以腐蚀并非越深越好。同时,表面各种杂质与缺陷的去除能够提高材料的机械强度,从而也有利于提高材料的激光损伤阈值。     

K9基片的亚表面损伤探测及化学腐蚀处理技术研究

 研究了几种类型的腐蚀液对K9基片化学腐蚀的影响。通过腐蚀液对基片纵向腐蚀速度的变化初步判断了K9基片重沉积层的深度。考察了腐蚀前后基片表面参数的变化以及腐蚀对激光损伤阈值的影响。研究表明,特定的腐蚀液能够对K9基片进行平稳可控的腐蚀,并且腐蚀能提高其激光损伤阈值,其主要原因是去除了重沉积层及表面、亚表面缺陷中的污染物,但过多的腐蚀会暴露本来为重沉积层所掩盖的划痕等亚表面缺陷,所以腐蚀并非越深越好。同时,表面各种杂质与缺陷的去除能够提高材料的机械强度,从而也有利于提高材料的激光损伤阈值。     

激光聚焦位置对K9光学玻璃损伤的影响

 利用脉宽为10 ns、波长为1 064 nm的激光脉冲聚焦通过K9玻璃的方法,研究了玻璃的损伤形貌与高强度纳秒激光脉冲聚焦位置的关系。当激光脉冲聚焦在样品中心时,吸收能量随着入射能量的增加呈线性增长,玻璃的破坏范围不断扩大;当激光脉冲聚焦在样品表面时,吸收能量随着入射能量的增加呈先增长而后减小最终趋于平稳,玻璃表面的破坏范围也是先增大而后减小趋于平稳,这主要是由于空气被击穿而吸收大量能量引起的。     

激光聚焦位置对K9光学玻璃损伤的影响

利用脉宽为10 ns、波长为1 064 nm的激光脉冲聚焦通过K9玻璃的方法,研究了玻璃的损伤形貌与高强度纳秒激光脉冲聚焦位置的关系。当激光脉冲聚焦在样品中心时,吸收能量随着入射能量的增加呈线性增长,玻璃的破坏范围不断扩大;当激光脉冲聚焦在样品表面时,吸收能量随着入射能量的增加呈先增长而后减小最终趋于平稳,玻璃表面的破坏范围也是先增大而后减小趋于平稳,这主要是由于空气被击穿而吸收大量能量引起的。     

K9光学玻璃零件的火焰抛光研究

火焰抛光是一种运用于光学玻璃零件深加工的新技术,通过分析温度对光学零件表面粗糙度(透过率)的影响,以及温度对光学零件表面面型的影响,制定电加热的光学零件火焰抛光工艺方法,并通过正交实验制定K9光学零件的火焰抛光工艺参数。本项技术的实施可大幅度降低成本,并减轻劳动强度,提高工效,有推广应用价值。     

光学玻璃超声振动维氏压痕中位裂纹的实验研究

为了进一步掌握光学玻璃材料超声振动辅助磨削亚表面损伤机理,设计常规和超声振动条件下维氏压痕实验,调查两种情况下K9光学玻璃压痕形貌特征;采用磁性复合流体抛光方法检测K9光学玻璃压痕区域的中位裂纹深度,对常规压痕系统中位裂纹模型进行两次系数修正,获得超声振动条件下的维氏压痕系统中位裂纹深度模型.通过超声振动维氏压痕实验计算静态和动态断裂韧性,得到两种加载条件的一次修正系数分别为0.08和0.06;结合检测中位裂纹深度实验结果拟合获得的两种条件下二次修正系数数值接近,分别为94.75和94.50.结果表明该模型对超声振动和加工条件具有良好的识别度.     

光学玻璃研抛用磁流变液的研究

利用智能材料之一的磁流变液 (MRfluids)作为加工工具对光学玻璃进行了精密抛光加工。讨论了适用于光学玻璃抛光的磁流变液的配制机理及磁流变液对光学玻璃抛光效果的影响因素。针对光学玻璃磁流变的抛光原理和特点 ,开发配制了适合于光学玻璃加工用的磁流变液 ,并用该磁流变液对光学玻璃进行了实验加工。结果表明 ,最终得到的光学玻璃表面经过AFM测试 ,得到Ra =1 0 1 5nm。     

BK7玻璃保护层掺钕磷酸盐玻璃波导特性

实验研究了基于KNO3稀释AgNO3混合熔盐离子交换法制备的镀有BK7玻璃保护层的N31型掺钕磷酸玻璃平面波导。采用棱镜耦合技术测试了其波导的有效折射率,应用IWBK方法拟合了其折射率分布。实验结果表明:在一定的扩散时间(5～7h)和交换温度(360～380℃)范围内,KNO3与AgNO3混合熔盐比对波导制备的影响起主导作用,引起的表面折射率的变化可达到0.025;BK7玻璃保护层对热离子交换掺钕磷酸盐玻璃表面起到了很好的保护作用,获得了良好的导模传输特性,其光传输损耗约为0.9dB/cm。     

1.06μm连续激光照射下K9玻璃板的应力松驰破坏

 基于一维应力松弛模型和粘弹性本构关系,对1.06μm连续激光照射下K9玻璃板中的温升和应力作了计算,结果表明,由于应力松弛效应,激光停照后的冷却过程中产生的残余拉伸应力可达到玻璃的拉伸断裂强度阈值,而激光加热期间的最大压缩应力却小于压缩断裂强度要求。对3mm厚的K9玻璃板,由应力松弛引起破坏所要求的激光参数为946kWm^-2作用0.2s,因而应力松弛可能为1.06 μm连续激光大光斑照射下K9玻璃窗口损伤的主要模式。     

基于移相法的光学玻璃应力等倾角全场数字化测量

提出了一种用四步移相法实现光学玻璃应力等倾角全场数字化测量的方法。用数码相机拍摄椭圆偏振光场转过不同角度时的四幅出射光强图像,根据移相法的原理计算出在0°～90°范围内的等倾角β。通过对具有典型应力分布的光学玻璃进行实验验证表明,计算结果与实际情况相符。     

1.06μm连续激光照射下K9玻璃板的应力松驰破坏

基于一维应力松弛模型和粘弹性本构关系,对1.06μm连续激光照射下K9玻璃板中的温升和应力作了计算,结果表明,由于应力松弛效应,激光停照后的冷却过程中产生的残余拉伸应力可达到玻璃的拉伸断裂强度阈值,而激光加热期间的最大压缩应力却小于压缩断裂强度要求。对3mm厚的K9玻璃板,由应力松弛引起破坏所要求的激光参数为946kWm-2作用0.2s,因而应力松弛可能为1.06 μm连续激光大光斑照射下K9玻璃窗口损伤的主要模式。     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。     

MPCVD方法制备军用光学元件纳米金刚石膜

介绍了用MPCVD方法制备纳米金刚石膜的工艺。用MPCVD方法实验研究了在光学玻璃上镀纳米金刚石膜:膜层厚度为0 4551μm,粒度小于200nm,表面粗糙度小于29 5nm,最大透过率为80%;平均显微硬度为34 9GPa,平均体弹性模量为238 9GPa,均接近天然金刚石的力学性能。与衬底材料表面应力-2 78GPa相比,具有较好的抗压和耐磨效果。