一种光学材料应力测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光学材料应力测量系统，包括分光棱镜、偏振片、第一光电探测器、第二光电探测器和外腔长调谐组件；所述激光器采用半外腔激光器，经所述激光器的第一腔镜出射的激光垂直入射到所述分光棱镜，所述分光棱镜将输出的激光分成两部分，两束部分激光分别被所述第一光电探测器和第二光电探测器探测接收，且所述第二光电探测器接收前端设置一通光方向垂直于所述激光器输出激光的线偏振方向的偏振片；经所述激光器的第二腔镜出射的激光依次经所述第一玻璃光楔和第二玻璃光楔发射到一待测光学材料样品上，经设置在所述待测光学材料样品底部的反射膜反射的激光沿着原光路返回所述激光器对输出的激光进行调制。本发明专利技术可以广泛应用于大面积光学玻璃材料及已经装配好的玻璃材料的应力测量中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应力测量系统，特别是关于一种光学材料应力测量系统。
技术介绍
在光学材料特别是玻璃的加工过程中，材料内部的应力始终是人们关心的主要问 题之一。不同方向、不同大小应力的存在使得材料对不同偏振方向的光的折射率不同，发生 应力双折射现象，严重影响了这种光学材料的品质。因此，材料内部应力的测量是非常重要 的。目前，国内外高精度的应力测量方法有许多，比较典型的应力测量方法有以下几种： 1、偏光干涉仪：此种方法广泛用于定性或半定量判定玻璃中的应力情况。通常由 一个白光光源和两片偏光片组成，偏光片的光轴互相垂直，被测样品置于两偏光片之间，主 应力方向与偏振轴成45°。如果玻璃中存在垂直于光线传播方向的非均勾应力，则可观察 到黑、灰、白的干涉带，应力更高时，可见黄、红、蓝灯彩色干涉条纹；无应力的玻璃只能观察 到均匀的暗场。 2、Senarmont应力测定法：此种方法采用单色光源，起偏器和检偏器的偏振方向 互相垂直，被测样品主应力的方向与起偏器方向成45 °，检偏器前放置一块四分之一波片， 光轴方向与偏振方向平行。检偏器可以旋转，使用时，先将检偏器转至〇刻度处，然后放置 被测样品，调整样品方向，使被测点主应力方向与偏振方向成45° ;再转动检偏器，直到被 测点变得最暗，记下转角读数。通过计算可以知道，转角大小与玻片位相延迟成正比，每度 相当于3. 14nm的光程差。此种方法要求四分之一波片的精度较高。 3、Tardy定量应力测试法：此种方法与Senarmont法的不同之处在于增加了一块 四分之一波片，两块四分之一波片的光轴均与偏振方向成45°。两块波片均能从光路中移 走，玻璃样品中的主应力方向与偏振方向重合。其余部分与Senarmont法类似。测试时，先 将两块四分之一波片撤离光路，然后放入被测样品，此时可从检偏器中看见样品黑色的应 力等倾线，即在此线上，应力方向均相同并与偏振方向一致；再调整样品的放置方向，使等 倾线通过被测点；将两块四分之一波片推入光路，等倾线即消失；此时可旋转检偏器，直至 被测点光线最弱；后面步骤同Senarmont法。 4、补偿器应力测量法：巴比涅补偿器是一种光程差可调的双折射元件。此种测量 方法的巴比涅补偿器相当于在应力仪中加入一个应力值可调的人工应力片，其方向与被测 玻璃样品中的应力方向相反，当两者数值相等时，应力相互抵消，在正交偏光下观察到消光 黑条纹。因此，通过读取巴比涅补偿器的移动距离，换算出巴比涅补偿器的位相延迟量，即 可算出被测样品的应力。 5、钻孔法：钻孔法作为一种半破坏性机械测量法，在工程中得到较多应用，其不 足之处有三点：1)钻孔释放的残余应力是随离孔周距离急剧递减，应变片与孔周是有一定 距离的，该距离影响应变片的敏感度；2)应变片得到的只是其长度范围内释放应力的平均 值，因此不适用于残余应力梯度大的情况；3)钻孔法不适用于已装配完成的玻璃部件应力 测量。 综上所述，虽然目前国内外关于光学材料内应力的测量方法较多，但是有些是定 性或半定量判定，有些需要高精度的标准四分之一波片，有些属于破坏式测量，对于已经成 品待测样品来说，亟需一种无损、高精度、简单易行的测量方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种不仅结构简单，而且能够精确获得光学 材料应力大小的光学材料应力测量系统。 为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种光学材料应力测量系统，其特征 在于，该应力测量系统包括激光器、分光棱镜、偏振片、第一光电探测器、第二光电探测器和 外腔长调谐组件；所述外腔长调谐组件包括第一玻璃光楔、第二玻璃光楔和第一压电陶瓷， 所述第一玻璃光楔和第二玻璃光楔均采用直角三角形玻璃光楔，所述第一玻璃光楔和第二 玻璃光楔斜边平行间隔放置，所述第二玻璃光楔的一侧固定设置用于驱动所述第二玻璃光 楔沿水平方向往复运动的第一压电陶瓷，所述第一压电陶瓷通过一压电陶瓷驱动系统进行 驱动；所述激光器采用半外腔激光器，经所述激光器的第一腔镜出射的激光垂直入射到所 述分光棱镜，所述分光棱镜将输出的激光分成两部分，两部分激光分别被所述第一光电探 测器和第二光电探测器探测接收，且所述第二光电探测器接收前端设置一通光方向垂直于 所述激光器输出激光的线偏振方向的偏振片；经所述激光器的第二腔镜出射的激光依次经 所述第一玻璃光楔和第二玻璃光楔发射到一待测光学材料样品上，经设置在所述光学材料 样品底部的反射膜反射的激光沿着原光路返回所述激光器对输出的激光进行调制。 进一步，所述激光器采用波长为633nm的气体激光器，所述气体激光器输出的激 光为线偏振光。 进一步，所述第一玻璃光楔和第二玻璃光楔斜边垂向距离大于0mm，小于等于 Imnin 进一步，所述激光器的第二腔镜外侧固定设置一用于对所述激光器输出的激光进 行稳定性调节的第二压电陶瓷，所述第二压电陶瓷通过所述压电陶瓷驱动系统进行驱动。 进一步，所述第一玻璃光楔和第二玻璃光楔的楔角不大于4Γ，所述第一玻璃光 楔和第二玻璃光楔均采用K9玻璃。 本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本专利技术在对光学材料样品应力 测量过程中通过外腔长调谐组件对激光器的输出光进行调制，并通过对激光器输出激光进 行探测，获得由应力双折射引起的寻常光和非寻常光在经过光学材料后产生的位相差，进 而计算得到光学材料样品的应力，因此，相对于现有技术中的波片以及破坏式的应力测量 方法，本专利技术无损、高精度、简单易行，够精确获得光学材料应力的大小，并且克服了现有技 术中只能测量有限大小的玻璃样品。本专利技术可以广泛应用于大面积光学玻璃材料及已经装 配好的玻璃材料的应力测量中。【附图说明】 图1是本专利技术光学材料应力测量系统的结构示意图； 图2是本专利技术光学材料应力测量系统的原理示意图； 图3是本专利技术两个光电探测器获得的电信号曲线图，横坐标表示光强，纵坐标为 时间，其中，"/% "表示第一光电探测器探测得到的信号，，，表示第二光电探测器探 测得到的信号，" 表示第一压电陶瓷所施加的电压信号。【具体实施方式】 以下结合附图来对本专利技术进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更 好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是， 术语"第一"、"第二"等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 如图1所示，本专利技术提供了一种光学材料应力测量系统，该应力测量系统包括一 激光器T、一分光棱镜G、一偏振片P、一第一光电探测器D1、一第二光电探测器02和一外腔 长调谐组件MDT，其中，外腔长调谐组件MDT包括第一玻璃光楔P1、第二玻璃光楔P2和第一 压电陶瓷PZT1，第一玻璃光楔PjP第二玻璃光楔P 2完全相同，且第一玻璃光楔P JP第二玻 璃光楔P2均采用直角三角形玻璃光楔，第一玻璃光楔P i和第二玻璃光楔P 2斜边平行间隔 放置，第二玻璃光楔匕的一侧固定设置用于驱动第二玻璃光楔P2沿水平方向往复运动的第 一电陶瓷PZT1，第一压电陶瓷PZT1通过一压电陶瓷驱动系统ZD进行驱动。当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学材料应力测量系统，其特征在于，该应力测量系统包括激光器、分光棱镜、偏振片、第一光电探测器、第二光电探测器和外腔长调谐组件；所述外腔长调谐组件包括第一玻璃光楔、第二玻璃光楔和第一压电陶瓷，所述第一玻璃光楔和第二玻璃光楔均采用直角三角形玻璃光楔，所述第一玻璃光楔和第二玻璃光楔斜边平行间隔放置，所述第二玻璃光楔的一侧固定设置用于驱动所述第二玻璃光楔沿水平方向往复运动的第一压电陶瓷，所述第一压电陶瓷通过一压电陶瓷驱动系统进行驱动；所述激光器采用半外腔激光器，经所述激光器的第一腔镜出射的激光垂直入射到所述分光棱镜，所述分光棱镜将输出的激光分成两部分，两部分激光分别被所述第一光电探测器和第二光电探测器探测接收，且所述第二光电探测器接收前端设置一通光方向垂直于所述激光器输出激光的线偏振方向的偏振片；经所述激光器的第二腔镜出射的激光依次经所述第一玻璃光楔和第二玻璃光楔发射到一待测光学材料样品上，经设置在所述光学材料样品底部的反射膜反射的激光沿着原光路返回所述激光器对输出的激光进行调制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谈宜东，牛海莎，张书练，李继扬，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11