1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
激光系统用薄膜元件既要有优异的光学性能，又要有高的激光诱导损伤阈值（LIDT）。薄膜元件的基底表面上交替沉积有高低折射率材料，通过膜厚、折射率等参数的优化可实现所需的光学性能，但元件中存在的微缺陷（如膜料喷溅缺陷、基底缺陷等）是导致LIDT降低的重要原因。通过精准定位切割、三维重构的方法，表征膜料喷溅和基底抛光产生的微缺陷的形貌结构，并对其激光辐照前后的元素分布进行了分析。研究结果为镀制工艺、基底加工工艺的改进提供了参考。
薄膜 激光损伤 微缺陷 喷溅 基底抛光
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安电子科技大学物理与光电工程学院，陕西 西安 710071
为精准高效调校并检测微纳超构表面，基于时域多分辨分析（MRTD）方法研究了栅格微纳超构表面与掩埋微缺陷的耦合散射问题。从Maxwell方程出发，引入多分辨概念，建立耦合散射模型，推导出散射场，并与时域有限差分（FDTD）方法的计算结果进行比对，以验证MRTD方法的正确性并分析其优点。结合含微缺陷的栅格超构表面场分布，给出研究缺陷各参数对超构光学系统影响的必要性。通过数值计算分析缺陷尺寸、掩埋深度及相对方位等因素对耦合光散射特性的影响。上述结果为功能性表面设计、超灵敏检测、散射峰值方向及频率选择等领域和方向提供技术支持。
散射 栅格超构表面 微缺陷 场分布 耦合 光学学报
2022, 42(16): 1629001
1 中北大学先进制造技术山西省重点实验室, 山西 太原 030051
2 中国特种设备检测研究院, 北京 100029
3 中国科学院声学研究所, 北京 100190
为实现对表面缺陷深度的激光超声定量检测,建立了与缺陷宽度有关的深度测量理论。建立了含有宽度修正项的深度测量公式,并定义了缺陷尺寸比值概念,划分了窄缺陷、极窄缺陷与宽缺陷三种缺陷类型,以及在这三种不同类型下缺陷深度测量方法的适用性,并采用有限元仿真加以验证;搭建了激光超声检测实验平台,对铝合金表面缺陷样品进行了深度检测。结果表明:引入宽度修正项可实现对窄缺陷深度的定量检测,该方法的平均测量误差不足5%,很好地实现了缺陷深度的精确测量。
西安科技大学 机械工程学院, 陕西 西安 710054
为了实现对超声场的非接触全场测量和成像, 提出了基于数字全息干涉的动态超声场的测量和成像方法。对超声场的测量进行理论分析, 研究了基于数字全息干涉技术的动态声场测量原理。同时, 针对不同时刻的动态声场, 研究了主要的测量流程和数据分析过程。在此基础上设计了基于脉冲激光器的反射式数字全息显微成像系统, 其中包括光学检测子系统、超声子系统和同步控制子系统。实验结果表明, 对于动态超声场, 可以在一个时间序列中, 对不同时刻的超声场进行测量和成像。同时, 文中设计了微缺陷试样, 利用动态超声场测量技术对微缺陷进行检测。实验结果表明, 文中所研究的动态声场测量方法和系统可以有效地识别出试件中微小的内部缺陷。
数字全息干涉 超声检测 微缺陷 digital holographic interference ultrasonic detection microdefect 红外与激光工程
2019, 48(11): 1125001
1 宁波大学机械工程与力学学院, 浙江 宁波 315211
2 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室, 浙江 宁波 315211
采用有限元法研究了激光激发的声表面波与表面微缺陷的作用机理,在位移信号中选取出能定量表征缺陷深度的特征量(振荡信号),分析了缺陷深度和宽度对振荡信号的影响。根据表面波与缺陷后沿作用的位移场,解释了振荡信号的来源。数值结果表明,振荡信号(特征点A、B)来源于透射表面波在缺陷后沿所产生的振荡,同一温度下特征点A、B到达时间差随表面缺陷深度的增大呈线性增长,与缺陷宽度的变化无关。根据特征点A、B的到达时间差与缺陷深度之间的关系,结合表面波声速与温度之间的关系,实现了不同温度下缺陷深度的定量计算。
激光技术 温度 有限元法 表面微缺陷 声表面波 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 121409
1 浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室 机械工程学院, 浙江 杭州 310027
2 中车株洲电力机车研究所有限公司, 湖南 株洲 412001
为了识别厚截面碳纤维复合材料(CFRP) 远表面的微缺陷, 使用递归分析方法对超声检测信号进行分析。首先在厚截面CFRP材料上打孔以模拟微缺陷, 采用水浸超声脉冲反射法对不同大小的模拟缺陷进行检测。然后选取缺陷位置附近信号段, 确定嵌入维数m、延迟时间τ、阈值ε等参数, 对各信号段进行递归分析, 得到递归图及递归定量分析结果。比较无缺陷信号和有缺陷信号的递归图, 从宏观上定性确定微缺陷对超声信号的影响; 比较无缺陷信号和有缺陷信号的递归定量分析结果, 根据每个递归定量参数的物理意义, 对缺陷产生的影响作出合理的解释。最后, 使用不同中心频率探头进行实验, 确定合适的探头参数。分析结果表明, 使用7.5 MHz高分辨率超声探头时检测效果最好; 当嵌入维数为7、延迟时间为2、阈值为2时, 递归图中出现异常白色区域、递归点增多且对角线结构变长, 同时所选取的递归定量参数随缺陷增大而上升, 表明厚截面CFRP远表面超声信号可能存在混沌结构, 而微缺陷的存在会改变原有信号结构。所研究内容为实际微缺陷的定量识别及分类打下基础。
厚截面复合材料 微缺陷 脉冲反射法 递归图 递归定量分析 thick section CFRP micro defects pulse echo method recurrence plot recurrence quantification analysis 光学 精密工程
2018, 26(12): 3108
1 昆明物理研究所,云南 昆明 650223
2 昆明北方红外技术股份有限公司,云南 昆明 650217
3 国营第二九八厂,云南 昆明 650114
采用投样试验的方法,在锗基底上镀制红外减反射膜样品,将样品放置在西双版纳热带雨林环境进行试验,通过傅里叶红外光谱仪、扫描电镜等测量手段,分析了试验前后样品的变化特性,对镀膜样品在热带雨林环境中的稳定性进行了研究。实验发现,在热带雨林环境中薄膜微缺陷的腐蚀、扩展是导致薄膜失效的主要原因。
锗基底 减反射膜 热带雨林环境 微缺陷 环境稳定性 Ge base antireflective films rainforest environment micro defect environment stability
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学激光技术研究所, 江苏 镇江 212013
采用纳秒激光对铜块进行了激光冲击强化，用光学显微镜、三维形貌仪等测量了激光冲击强化后的表面形貌和变形深度，用非接触光学轮廓仪测量了表面粗糙度，重点分析了铝箔胶带作吸收层时凹坑表面微缺陷的来源，对不同粗糙度表面的试样进行了激光冲击强化。实验结果表明，黑漆作吸收层时表面变化特征主要为宏观凹坑和冲击区域出现微凹凸结构；铝箔胶带作吸收层时表面变化特征主要为宏观凹坑和冲击区域出现微缺陷。最后，通过实验研究分析了微缺陷的形成，发现其与铝箔胶带背面黏胶内气泡有关。当原始粗糙度较大时，激光冲击会使整体粗糙度增加，单降低最大高度粗糙度；原始表面光洁度较高时，激光冲击反而会使得整体粗糙度和最大高度粗糙度都有所增加。
激光技术 激光冲击强化 表面质量 紫铜 微缺陷 表面粗糙度 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 101401
1 中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
2 电子科技大学,物理电子学院,成都,610054
3 兰州城市学院,物理系,兰州,730070
熔石英亚表面缺陷对光场的调制是导致激光辐照场破坏的主要因素.采用有限元方法对熔石英亚表面缺陷(平面和锥形划痕)周围的光强分布进行了数值模拟.结果表明:划痕形状、几何尺寸、方位角、光的入射角等是影响划痕周围光强分布的主要因素;前表面划痕对光强的增强效果比后表面弱;在理想形状的划痕截面和表面同时发生内全反射时,平面划痕周围的光强增强效果明显.锥形划痕周围的光强分布为正确解释交叉划痕的夹角平分线附近的损伤提供了理论依据.
亚表面微缺陷 光强增强因子 激光损伤 数值模拟
1 深圳大学理学院应用物理系, 深圳 518060
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
介绍了光学薄膜中包裹物微缺陷的危害，分析了它产生的根源、表征手段以及抑制办法。综述了在这一领域的研究进展和现状。
包裹物微缺陷 光学薄膜 激光损伤阈值
