1 华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东广州50640
2 广东科技学院，广东东莞53083
在微流控芯片中，微流体自驱动受限于微纳流道制造技术。因此，提出一种采用分布有锯齿状微尖端的金刚石刀轮滚压硬脆性芯片材料表面的微纳流道加工方法。通过实验研究，分析微纳流道成型机理，且研究工艺参数及材料性质的作用机制，并探究其自驱动微流变性能。结果表明：在一定的切深和气压下，刀轮微尖端处的材料接触面产生应力集中，当达到压痕间裂纹贯通值时，以远大于刀轮滚压速度在材料表面形成纳米流道，当超过材料强度极限时形成微米流道，且深宽比随着最大应力增大而增大。单晶碳化硅、蓝宝石和光学玻璃形成纳米流道的最大应力范围分别为266~750 MPa，256~600 MPa和74~150 MPa，其中，光学玻璃的纳米流道深宽比高达1.1，表面粗糙度低至1 nm。低硬度材料可生成高深宽比的纳米流道，而高断裂韧性的材料表面质量最高。此外，纳米流道能够以高至0.055 mm/s的速度和低至0.001 μm3/s的剂量自驱动微流体。
微纳流道 金刚石刀轮 单晶碳化硅 蓝宝石 光学玻璃 microchannel and nanochannel diamond cutter wheel 4H-SiC sapphire optical glass 光学 精密工程
2023, 31(12): 1785
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，微纳制造实验室，天津 300072
介绍了玻璃光学元件精密模压成形技术的原理、玻璃材料、模具制造、模具表面镀膜、结合有限元仿真的模压工艺优化和模压成形设备等核心技术的研究进展，并讨论了当前存在的问题。通过探讨玻璃模压成形技术在自由曲面、微结构、衍射结构表面和晶圆阵列等光学元件中的应用现状，对玻璃元件精密模压成形技术的发展趋势和挑战进行了展望。
光学设计 光学玻璃 非球面透镜 自由曲面透镜 超精密加工 玻璃精密模压 微结构制造
分析了各大光学材料厂近十年用于精密模压的低熔点光学玻璃的研究进展, 对比了各大厂产品的品种和技术参数, 对低熔点光学玻璃的现状和各厂家的竞争力进行了分析与小结, 对低熔点光学玻璃后续的研发提出了建议。
光学材料 精密模压 低熔点光学玻璃 optical material precision molding low-melting optical glass
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 电子科技大学材料与能源学院, 成都 611731
近/中红外激光和超连续光源在红外光电对抗、生物医疗、遥测感知和激光探测及测距(LIDAR)等领域具有十分重要的应用价值。近年来, 基于软玻璃光纤来产生和传输高亮度近/中红外(特别是2~5 μm)激光方面的研究取得了显著进展。在中红外软玻璃基质中, 具有相对较低声子能的碲酸盐玻璃对于设计近红外和中红外激光器和放大器、高功率中红外激光传输和传感应用无源光纤具有特别的吸引力。本文重点总结了低损耗碲酸盐玻璃的关键制备技术, 并综述了碲酸盐玻璃及光纤在稀土掺杂中红外发光方面的研究进展, 最后对碲酸盐玻璃及光纤应用存在的问题和发展趋势进行了总结和展望。
光学玻璃 碲酸盐玻璃与光纤 低羟基制备技术 散射抑制技术 稀土掺杂 中红外激光 optical glass tellurite glass and optical fiber low hydroxyl preparation technology scattering suppression technology rare earth doping mid-infrared laser
国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
光学玻璃以其优异的物理性能被广泛应用于航天、信息、能源、化工、微电子等领域。随着这些领域的不断发展,传统技术已无法满足日新月异的光学元件超光滑表面加工的要求。为此,需要针对光学玻璃表面的超精密抛光加工展开深入且广泛的研究。在诸多有关超精密抛光加工技术的研究中,光学玻璃材料的抛光去除机理始终是人们的研究重点。为此,本文从超抛加工涉及的基本组件、材料去除的物理机理、材料去除的化学机理三个方面入手,对光学玻璃超精密抛光加工中材料去除机理进行综述,目的是掌握国内外学术界对于该问题的认识,并据此提出若干问题的思考,以期指导工程实践,进一步提升超光滑表面的成形能力。
材料 光学玻璃 超光滑表面 抛光加工 材料去除机理
1 湖北新华光信息材料有限公司，湖北襄阳 441057
2 昆明物理研究所，云南昆明 650223
3 中国兵器工业标准化研究所，北京 100089
红外硫系光学玻璃属于不透可见光的玻璃材料，采用 GB/T 7962不能进行条纹度测试。本文针对上述材料中条纹度难以检测与表征的问题，提出了基于平行光投影法的测试方法，开发了相应测试设备，并对制备的硫系玻璃样品进行了条纹度、灰度及调制传递函数(MTF)测试，研究了灰度和调制传递函数(MTF)的对应关系，提出了用灰度表征条纹严重程度的方法。结果表明：平行光投影法在近红外波段成像能清晰地检测到样品内部条纹缺陷和分布；中红外调制传递函数(MTF)可定性表征样品中条纹对成像质量的影响；条纹度可定量表征样品内部条纹状况，反映对成像质量的影响。为后续该材料的内部质量判定奠定了技术基础。
红外硫系光学玻璃 不透可见光 条纹度 投影法 灰度表征 infrared chalcogenide optical glass, opaque to vis
河南科技学院 机电学院, 河南 新乡 453003
由于光学玻璃高硬度、高脆性和低断裂韧性的力学性能, 边缘损伤已成为光学玻璃加工的常见缺陷形式, 严重制约了加工质量的提高。基于BK7光学玻璃的钻削试验, 分析了孔入口和出口边缘损伤的基本特征; 利用脆硬材料的压缩断裂理论, 探讨了孔口损伤的形成机理; 研究了钻削参数对孔口损伤的影响规律。在此基础上, 初步探索了旋转超声钻削(Rotary Ultrasonic Drilling, RUD)和旋转超声啄式钻削(RUPD)工艺对孔口损伤的抑制效果。结果表明: “局部崩边”是孔入口损伤的主要形式, “整体剥落”和“不连续崩碎”相互叠加是孔出口损伤的表现形式; 金刚石磨棒端面磨粒的刻划切入所导致的亚表层侧向裂纹扩展是造成入口损伤的重要原因, 而中位裂纹扩展和轴向压溃是出口损伤的主要成因。RUD能够有效抑制孔口损伤, 其最大入口崩边尺寸和最大出口剥落尺寸分别为普通钻削的15%~50%和45%~65%。RUPD能够促进磨屑和脱落磨粒的排出, 因此可以获得更小的出口损伤。
光学玻璃 钻削 孔口损伤 形成机理 抑制工艺 optical glass drilling hole edge damage formation mechanism suppression method
1 江南大学 理学院, 江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
针对7单元音圈变形镜的结构进行了设计, 对镜面进行了力学分析, 并基于有限元ANSYS软件对镜面不同材料及物理参数对最大变形量及镜面应力的影响关系进行了仿真。实验结果表明, 所设计的音圈变形镜在镜面具有优良力学特性的条件下, 基本满足了变形镜对校正量、影响函数等主要性能指标的要求。仿真结果可以为更多驱动单元数的音圈变形镜提供参考。
变形镜 音圈驱动器 光学玻璃 自适应光学 有限元分析 deformable mirror voice-coil actuator optical glass adaptive optics finite element analysis
1 上海理工大学 机械工程学院，上海 200093
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所，四川 绵阳 621900
为了进一步揭示超声振动辅助磨削加工机理，建立了超声振动辅助磨削亚表面损伤深度与断裂韧性的预测模型，设计几何形状随机的单颗磨粒超声振动压痕实验和超声振动辅助磨削实验，调查两种情况下K9光学玻璃压痕变形区域形貌特征，提出一种适用于超声振动和非超声振动两种加载条件的等效断裂韧性计算方法，并通过超声振动辅助磨削实验来验证预测模型的可靠性。实验结果表明，超声振动可以有效增加K9光学玻璃抵抗断裂的能力，降低亚表面损伤程度，且预测模型与实验结果具有良好的一致性。
光学玻璃 亚表面损伤 单颗磨粒 optical glass subsurface damage single grit
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 中位裂纹 超声振动 维氏压痕 磁性复合流体抛光 Optical glass Median crack Ultrasonic vibration Vickers indentation Magnetic component fluid polishing
