熔石英元件抛光加工亚表面缺陷的检测

亚表面缺陷的准确检测是进行亚表面损伤研究的前提和基础,对保证光学元件加工质量至关重要.基于HF酸化学蚀刻法对熔石英元件抛光加工产生的亚表面水解层、缺陷层深度和亚表面损伤形貌进行了定量检测,并利用X射线荧光光谱法研究了熔石英抛光试件杂质元素的种类和元素含量沿深度分布规律,提出了熔石英元件抛光加工亚表面损伤深度的判定方法.研究表明:由于水解层和亚表面缺陷层的存在,熔石英抛光试件的蚀刻速率随着时间的增加呈现递减的趋势,且在蚀刻的初始阶段蚀刻速率下降尤为明显;当蚀刻深度超过某一特定值后,全部或部分覆盖在水解层以下的缺陷层将会被完全蚀刻去除,蚀刻速率基本保持不变;另外,熔石英抛光试件存在多种形式的表面及亚表面缺陷,在不同蚀刻深度,亚表面损伤形貌、划痕的宽度和深度也存在一定的差异.

抛光工艺参数对熔石英元件低频面形精度的影响

根据工件与抛光盘的相对运动关系及熔石英元件抛光加工材料去除模型,系统分析了转速比和偏心距等参数对材料去除函数的影响。通过理论分析和抛光加工实验,研究了不同工艺参数对低频段面形精度的影响规律。利用高分辨率检测仪器对熔石英元件低频面形误差进行了检测,优选出较佳的抛光工艺参数组合,并进行了相应的实验验证,提出了提高光学元件抛光加工低频面形质量的相应措施。

熔石英元件抛光加工表面残余应力的计算方法

为解决传统检测方法无法直接定量检测非晶体熔石英玻璃表面残余应力的问题,基于脆性固体断裂力学理论,推导残余应力的理论计算公式,提出光学元件抛光加工表面残余应力计算新方法.采用尖锐压头进行纳米印压实验,提取压痕过程中对残余应力敏感的参数,并对实验数据进行线性拟合,确定拟合线的斜率,通过测量残余应力引起其他物理参数的变化计算残余应力.对比分析结果表明,计算得到残余应力值与应力双折射仪检测得到的数据基本吻合,验证了提出残余应力计算方法的正确性.

紫外熔石英元件高精度低缺陷控形控性制造技术研究进展

传统的紫外熔石英元件加工方法本身会引入各类制造缺陷,需要后期加工来消除前期加工带来的缺陷,限制了熔石英元件的加工质量和加工效率。针对这些问题,课题组提出了采用磁流变、离子束、保形光顺和流体动压抛光等可控柔体加工技术提升熔石英元件的加工效果,并开展了相关研究。主要介绍了课题组在关键技术上取得的重要进展,包括亚纳米精度表面控形制造技术、纳米精度本征表面控性生成方法、熔石英元件高精度低缺陷组合工艺与设备等一系列关键技术。通过探讨关键技术及其发展现状,为未来紫外熔石英元件高精度低缺陷制造技术的发展提供参考。

大口径石英元件精密清洗工艺研究

本文采用酸蚀刻结合超声波清洗的方式对石英元件表面进行精密洁净清洗,利用光学显微镜观测了英元件清洗前后的表面状态,利用暗场成像系统监测了元件整体清洗情况,利用表面颗粒计数器、接触角测量仪、荧光光谱仪和红外光谱仪检验了元件清洗效果,通过实验研究,对石英元件精密清洗工艺进行了定型。

描述石英元件动态特性的非线性时序模型

60年代以来,人们逐步应用石英晶体作为补偿元件进行微量运动控制,尤其是近些年发展起来的预测补偿控制技术多用此元件.为了得到所需的补偿量,必须精确地控制加在石英元件上的电压,并准确地描述其动态特性.众所周知,当施于石英晶体一定的电压时,晶体本身的尺寸会发生微量变化.工程中常把这种位移与电压的关系视作线性的,而忽略了交变电压作用时的迟滞现象的影响.这虽给问题的处理带来了方便,但降低了补偿元件的精度.本文试图从工程实用的观点,应用非线性时序模型描述石英补偿元件P-172的动态特性,从而达到提高补偿精度的目的.

熔石英元件紫外脉冲激光辐照损伤特性研究进展综述

熔石英光学元件在高能量密度的紫外脉冲激光辐照下往往极易出现后表面损伤,这严重影响了紫外高功率脉冲激光装置的可靠性。综合国内外相关研究进展,系统阐述了熔石英元件表面在高能量紫外脉冲激光辐照下的损伤特性,包括典型的初始损伤和损伤增长行为特征,介绍了熔石英元件表面缺陷的类型、分布特性和紫外脉冲激光诱导损伤的内在机制,并概述了常用的熔石英表面加工方法与缺陷控制技术。最后,介绍了熔石英表面缺陷无损检测新技术和抗损伤性能测试技术方面的研究进展。

石英晶体元件负载谐振频率测量技术的研究*

在分析与对比三种测量石英晶体元件负载谐振频率方法的基础上,设计适用于测量法的π网络与整个测量系统,采用自动网络分析仪测量晶体的阻抗,采用测量法测出负载谐振频率.实验表明,在1MHz～200MHz频率范围内,系统对负载谐振频率重复测量一致性能达到±1×10-6以内,在30MHz～200MHz频段,测量误差达到±2×10-6以内.

熔石英光学元件CO_(2)激光条形码制备研究

分别采用连续CO_(2)激光和脉冲CO_(2)激光在熔石英元件表面制备条形码。采用连续CO_(2)激光制备的线条内部表面光滑,光散射信号极弱,但边缘有大范围的烧伤沉积物,展现出较强的光散射信号,不能形成满足条形码要求的散射光强度分布。采用脉冲CO_(2)激光扫描制备的条形码扫描线条可以形成整体较均匀的光散射信号,散射光强度分布满足条形码要求,并可以被商用条码扫描器识别。

石英晶体元件频率温度参数测试要求标准研究

本文分析了影响石英晶体元件频率温度变化特性因素,对比分析了不同石英晶体元件标准中频率温度变化特性的测试和计算方法,给出了不同使用领域的石英晶体元件频率温度特性计算要求,为修订GB/T12273.1-2017提供支撑。

抗高过载石英晶体元件的研制

使用一种简单实用的设计方法,采用特殊的结构设计,研制出的石英晶体元件具有抗高过载的能力.这种产品可制作的频率范围是3～60MHz,具有抗冲击力在1000～20000g,结合试验验证,这种石英晶体元件在经受高冲击后,仍然能够稳定的工作,所以充分证明了石英晶体元件通过采用这种特殊的结构,完全可以达到具有抗高过载（冲击力在1000～20000g）的能力.解决的关键问题是石英晶体元件晶片的设计、结构的设计及加工过程中应注意的问题.

快速发展的石英晶体元件产业

118年前居里兄弟发现了晶体的“压电效应”,由此引出了一种十分有用的电子元件即“石英晶体元件”。美国人称它为“人类制造的最绝妙的元件”,日本人称它是“电子工业的食盐”。此话并非有意夸张,请看我们每个人所戴的手表中的那个小小的晶体,就是它。

石英晶体元件采用国际标准的研究

本文概述了石英晶体元件采用国际标准的情况，简要分析了IEC1178：IECQ石英晶体元件规范，根据我国压电行业标准化实际情况，提出了进一步开展采用国际标准工作的意义。

体波石英晶体元件的功率消耗

由体波石英晶体元件构成的振荡电路和压控振荡电路谐振元素具有卓越的长期和短期频率稳定度。最早使用体波石英晶体来控制振荡电路频率的历史可以追溯到1919年，当时，卫斯理大学（Wesleyan University）的W．G．Cady教授首先使用了一片石英晶体来控制振荡器的输出频率。

光学元件亚表面缺陷的损伤性检测方法

在磨削、研磨和抛光加工过程中产生的微裂纹、划痕、残余应力等亚表面缺陷会导致熔石英元件抗激光损伤能力下降,如何快速、准确地检测亚表面损伤成为光学领域亟待解决的关键问题。采用HF酸蚀刻法、角度抛光法和磁流变斜面抛光法对熔石英元件在研磨加工中产生的亚表面缺陷形貌特征及损伤深度进行了检测和对比分析,结果表明,不同检测方法得到的亚表层损伤深度的检测结果存在一定差异,HF酸蚀刻法检测得到的亚表面损伤深度要比角度抛光法和磁流变斜面抛光法检测结果大一些。且采用的磨粒粒径越大,试件表面及亚表面的脆性断裂现象越严重,亚表面缺陷层深度越大。

光学元件兆声辅助化学刻蚀工艺参数优化

对传统的静态刻蚀方法进行了改进,提出了一种光学元件兆声辅助化学刻蚀新方法,并对传统静态刻蚀与兆声辅助化学刻蚀效果进行了对比分析,综合考虑刻蚀液的配比、刻蚀时间、添加活性剂种类和功率对光学元件激光损伤阈值的影响,通过正交设计实验优选出最佳的兆声辅助化学刻蚀工艺参数。结果表明:兆声清洗对各类杂质的去除效果要明显好于手工擦洗,兆声辅助化学刻蚀比传统的静态刻蚀有更高的刻蚀速率,在兆声的作用下刻蚀液能够进入到传统静态刻蚀难以进入的微裂纹中,对微裂纹等缺陷的刻蚀效果更为明显,能够将熔石英元件激光损伤阈值进一步提高。

光学元件研磨加工裂纹形成过程数值模拟

针对传统有限元方法过度依赖于网格,计算时磨粒和工件接触区域的网格畸变严重,很难模拟脆性材料加工中材料内部裂纹的形成过程这一问题,利用光滑粒子流体动力学法建立单个磨粒切削加工过程的FE/SPH耦合有限元模型,对熔石英材料研磨过程进行数值模拟,为脆性材料切削过程的仿真提供了新途径.系统分析研磨加工中亚表层裂纹的形成过程以及切削参数对亚表层裂纹深度的影响规律.仿真结果表明:磨粒刚开始切入工件时材料处于弹/塑性变形阶段,随后在磨粒的挤压及撕扯作用下,材料内部产生大量微裂纹,微裂纹的合并、连通和扩展最终形成了平行于工件表面的横向裂纹和垂直于工件表面的纵向微裂纹,导致工件材料的脆性断裂去除.

光学元件亚表层裂纹成核临界条件研究

基于压痕实验和连续刚度测量法得到了熔石英材料硬度和弹性模量随压入深度的变化曲线,系统分析了材料由延性到脆性转变的过程,确定了熔石英晶体在静态/准静态印压和动态刻划时产生裂纹的临界载荷和临界深度。渐变载荷刻划实验结果表明,划痕过程诱发的裂纹对法向载荷有很强的依赖性,载荷较小时材料去除方式为延性域去除。随着法向载荷的增加,首先产生垂直于试件表面的中位裂纹和平行于试件表面方向扩展的侧向裂纹,而在试件表面上并没有产生明显的特征。载荷进一步增加后,侧向裂纹扩展并形成了明亮区域,最终诱发了沿垂直于或近似垂直于压头运动方向扩展的径向裂纹,实现了材料的脆性去除。

熔石英磨削砂轮截面轮廓分析与优化

为提高熔石英光学元件磨削加工质量,降低亚表面缺陷层深度,通过实验和理论分析发现,具有平直截面轮廓的平行金刚石砂轮,在加工熔石英光学元件时砂轮边缘位置处会产生加工应力集中,该应力集中直接导致了元件表面产生"连续白线"状深缺陷,其深度达22μm。为抑制砂轮边缘位置加工应力集中现象,设计了"中央平直线+两侧边缘圆弧过渡"的复合式截面轮廓,并提出了相应的修整方法。通过砂轮修整实验,验证了该方法的可行性,磨削元件"连续白线"状深缺陷得到明显改善,亚表面缺陷深度小于2.5μm,实现熔石英元件的低缺陷磨削加工。

级联DDS和倍频技术在石英晶体测量中的应用

在介绍π型网络零相位法石英晶体元件电气参数测量系统的基础上, 首次提出了使用级联直接数字合成器(DDS) 和倍频技术去解决π型网络测量所需高频高精度激励信号问题。通过测试证明, 该设计产生的激励信号频率范围广、频谱纯, 符合系统要求;整个测量系统与250B相比, 串联谐振频率测试偏差不超过1 ppm, 串联谐振电阻测试偏差不超过2%。