一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外光學(xué)材料測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置及其測試方法。本發(fā)明通過設(shè)計紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置，使不透可見光的紅外光學(xué)材料應(yīng)力能夠可視并能測量，特別是透過波段在0.78-25 μ m的不透可見光紅外材料的應(yīng)力測試。通過對該材料的應(yīng)力測試對材料的制造、加工、鍍膜和使用起到重要的作用。
【背景技術(shù)】
[0002]通常情況下，光學(xué)材料由于在制造過程中因降溫?zé)釟v史不同使得原本各向同性的玻璃材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)一束偏振光照射到有內(nèi)應(yīng)力存在的玻璃材料時，可將偏振光分解為兩束振動方向相互垂直的O光和e光，因兩者折射率不同，且存在相位差(也稱:光程差)，故此現(xiàn)象稱為應(yīng)力雙折射現(xiàn)象。因此，目前都采用偏振光來測試玻璃材料的內(nèi)應(yīng)力。光程差的量值大小直接反映了光學(xué)材料內(nèi)部應(yīng)力存在的嚴(yán)重程度，應(yīng)力過大則不利于光學(xué)玻璃制品的冷加工，由應(yīng)力雙折射引起的光程差在光學(xué)玻璃通光面上各處都存在差異，顯示了光學(xué)材料內(nèi)部應(yīng)力分布的不均勻，從而可以影響光學(xué)成像質(zhì)量。
[0003]隨著社會的發(fā)展，紅外熱成像技術(shù)在天網(wǎng)監(jiān)視、安防、汽車及武器裝備中的應(yīng)用越來越廣泛，鍺單晶、硅單晶、硫系玻璃和多晶硅等紅外材料的應(yīng)用逐步向民用熱成像系統(tǒng)、紅外夜視儀的應(yīng)用擴(kuò)展，導(dǎo)致Ge單晶、硫系玻璃等不透可見光的光學(xué)元器件的用量飛速增長，因此穩(wěn)定生產(chǎn)、加工成為降低成本制約因素。而該類材料具有較大的熱膨脹系數(shù)，較高的應(yīng)力就會使玻璃在冷加工過程中產(chǎn)生炸裂，此外元器件中有應(yīng)力存在，同樣影響熱成像質(zhì)量。由于該類材料屬于不透可見光的紅外光學(xué)材料，現(xiàn)有的偏光應(yīng)力儀(測試波長為565nm)不能滿足該類材料的應(yīng)力測試。而隨著高性能光學(xué)系統(tǒng)對高均勻性紅外光學(xué)材料的需求，設(shè)計制作不透可見光紅外光學(xué)材料的應(yīng)力測試裝置顯得尤為重要，實(shí)現(xiàn)不透可見光的紅外光學(xué)材料內(nèi)應(yīng)力可視測試方法的設(shè)計并制造相應(yīng)裝置，不僅可以滿足不透可見光紅外光學(xué)材料的應(yīng)力測試要求，而且根據(jù)測試后的應(yīng)力值來調(diào)整退火工藝從而達(dá)到預(yù)期應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，從而保證材料生產(chǎn)的穩(wěn)定和后續(xù)精密加工不炸裂，提高鍍膜的牢固性，有效解決高性能紅外系統(tǒng)的需求，達(dá)到快速推廣市場目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是設(shè)計并提供一種測量紅外光學(xué)材料的應(yīng)力測量裝置及測試方法，特別適合不透可見光紅外光學(xué)材料的測試裝置，可以定量測定紅外光學(xué)材料的應(yīng)力大小。本發(fā)明具有操作方便、性能可靠、測試效率高等特點(diǎn)。本發(fā)明的設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)不透可見光的紅外光學(xué)材料的應(yīng)力測試，從而可以進(jìn)一步優(yōu)化該類材料的生產(chǎn)工藝，使娃、錯晶體、硫系玻璃等不透可見光紅外光學(xué)材料批量生廣技術(shù)進(jìn)一步提聞，為生廣出更聞品質(zhì)的產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)，滿足紅外成像系統(tǒng)高清晰成像質(zhì)量的需求。
[0005]本發(fā)明紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置的技術(shù)解決方案是:一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置，其特征在于:由紅外光源、紅外光學(xué)系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)、計算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)、測試平臺五部分構(gòu)成；其中，紅外光源為發(fā)射光譜為近、中紅外的點(diǎn)光源、線光源或面光源；紅外光學(xué)系統(tǒng)由黑色玻璃、準(zhǔn)直透鏡、紅外起偏鏡、試樣平臺、1/4波片、紅外檢偏鏡組成；紅外光源、準(zhǔn)直透鏡、黑色玻璃、紅外起偏鏡依次固定在測試平臺一端的殼體內(nèi)，構(gòu)成信號發(fā)出裝置，準(zhǔn)直透鏡為凸透鏡，紅外光源位于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)上，當(dāng)光源發(fā)出的光波經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后將會準(zhǔn)直為平行光；試樣平臺間隔設(shè)置在信號發(fā)出裝置之后的測試平臺上；1/4波片、紅外檢偏鏡分別固定在標(biāo)有刻度的波片轉(zhuǎn)動裝置和檢偏鏡轉(zhuǎn)動盤上，間隔設(shè)置在試樣平臺之后的測試平臺上，1/4波片面向試樣平臺，其主要作用是將通過存在應(yīng)力試樣后的橢圓偏振光轉(zhuǎn)換成線偏振光，紅外檢偏鏡需要能透過紅外光源發(fā)出的光線，當(dāng)待測紅外材料中存在應(yīng)力時，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的線偏振光會發(fā)生偏移，當(dāng)轉(zhuǎn)動紅外檢偏鏡到一定位置后，會接受到1/4波片轉(zhuǎn)換后的線偏振光，這樣根據(jù)紅外檢偏鏡轉(zhuǎn)動的角度就可以計算所測紅外材料中存在的應(yīng)力大??；信號接收系統(tǒng)由紅外傳感器、低溫恒溫器，控制紅外傳感器的電子裝置，紅外傳感器輸出信號的模擬-數(shù)字處理的電子裝置，同步和數(shù)字信號處理的電子裝置和電源組成，位于測試平臺的另一端，用于接受通過紅外光學(xué)系統(tǒng)出射的紅外輻射能量，然后通過計算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)顯示在計算機(jī)屏幕上，信號接收系統(tǒng)的作用是將紅外輻射信號轉(zhuǎn)化為電子信號，從而觀察和記錄其表面上的溫度變化，轉(zhuǎn)換是通過行間轉(zhuǎn)換和間行掃描紅外傳感器，借助物鏡將觀察到的圖像投影顯示在成像傳感器表面上，當(dāng)紅外檢偏器接受的紅外線偏振光信號傳遞到紅外成像傳感器上，該紅外成像傳感器的作用是將紅外輻射信號轉(zhuǎn)化為電子信號，根據(jù)所測試樣的通光波段選擇使用近、中紅外成像傳感器，信號接收系統(tǒng)的電子裝置對紅外傳感器輸出信號進(jìn)行放大、處理，并將其轉(zhuǎn)換成電視視頻信號，以及用于輸送到電子計算機(jī)中的數(shù)字信號，因此該紅外應(yīng)力測試裝置主要是借助紅外成像傳感器，將記錄的輻射分布信號轉(zhuǎn)化為溫度分布信號，通過計算機(jī)中的軟件處理來實(shí)現(xiàn)應(yīng)力圖像可視的；計算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)通過光纜與信號接收系統(tǒng)連接，其中顯示器應(yīng)與紅外成像傳感器匹配，其對比度應(yīng)優(yōu)于1000:1，分辨率應(yīng)優(yōu)于1280 X 1024，將信號接收系統(tǒng)輸出信號轉(zhuǎn)換成視頻信號和數(shù)字信號通過光纜輸入到電子計算機(jī)中，同時其圖像可以顯示在計算機(jī)顯示器上面，借助信號接收系統(tǒng)位移的螺旋機(jī)構(gòu)(對焦)，同時利用光學(xué)反差，借助glass, exe軟件程序，記錄輻射分布轉(zhuǎn)化為溫度分布的圖像，從而在顯示器屏幕上得到更加清晰的圖像。
[0006]本發(fā)明紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置的技術(shù)解決方案中所述的測試平臺7表面平整，紅外光源、紅外光學(xué)裝置、試樣平臺和信號接收系統(tǒng)處于同一軸線上。
[0007]發(fā)明紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置的技術(shù)解決方案中所述的紅外光源選用單一波長的紅外激光二極管或紅外氦氖激光光源，其發(fā)射光譜λ=1300ηπι或λ=3390ηπι，輸出功率為 50mW。
[0008]本發(fā)明紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置的技術(shù)解決方案中所述的試樣平臺采用可以旋轉(zhuǎn)的平臺結(jié)構(gòu)，這樣通過調(diào)整可以保證待測試樣處于測試光通面的中心。
[0009]本發(fā)明紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置的技術(shù)解決方案中所述的黑色玻璃是表面經(jīng)過精磨處理的并可濾除可見光的毛玻璃，為截止濾光毛玻璃，其作用:一是濾除可見光，提高紅外信號的敏感度，通常選用波截止波長不小于0.78 μ m的截止濾光玻璃，這樣會將可見波段光輻射濾除；二是起到漫射屏的作用，將紅外點(diǎn)光源漫射成均勻的紅外面光源。
[0010]本發(fā)明紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置的技術(shù)解決方案中所述的波片轉(zhuǎn)動裝置和檢偏鏡轉(zhuǎn)動盤的最小刻度值為1°，最大可測量范圍為180°，并可分別帶動1/4波片和檢偏鏡旋轉(zhuǎn)一定的角度。
[0011]本發(fā)明紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置的技術(shù)解決方案中所述的紅外起偏鏡和紅外檢偏鏡為采用透紅外材料制成的光學(xué)鏡頭，這樣可以保證紅外光源發(fā)出的光線能夠通過。紅外起偏鏡主要作用是將紅外光源發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換成線偏振光，當(dāng)線偏振光照射到待測試樣后，如果材料中存在應(yīng)力雙折射，光線就會變成橢圓偏振光。
[0012]本發(fā)明紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置的技術(shù)解決方案中所述的紅外傳感器為近紅外InGaAs傳感器、硅矩陣感光片、InAsPSb, InAs、PbS、CdS、CdSe可接受光源透過波長的探測器。
[0013]本發(fā)明紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試方法的技術(shù)解決方案是:一種米用紅外光學(xué)材料應(yīng)力測試裝置的測試方法，其特征在于包括以下工藝步驟:
⑴、將加工好的紅外光學(xué)材料樣品放在試樣平臺上，旋轉(zhuǎn)試樣平臺使試樣處于光面的中部位置；
⑵、旋轉(zhuǎn)紅外檢偏鏡的旋轉(zhuǎn)盤零位與刻度盤零位對齊，觀測計算機(jī)顯示器上視野最亮點(diǎn)即為應(yīng)力最大點(diǎn)；<