在(zài)我(wǒ)們(mén)日(rì)常(cháng)生(shēng)活中(zhōng)，眼鏡(jìng)，相(xiāng)機(jī)鏡(jìng)頭，顯(xiǎn)微鏡，望(wàng)遠鏡(jìng)等都離不(bù)開光(guāng)學(xué)玻(bō)璃。這些(xiē)玻璃不僅要(yào)透(tòu)明(míng)，還(huán)要具(jù)備高的光(guāng)學均匀性。然而，即使外(wài)觀(guān)無瑕(xiá)的(dí)玻(bō)璃，內部(bù)也(yě)可(kě)能隱(yǐn)藏(cáng)著“壓力”——這就是所謂的(dí)“殘(cán)餘應力”。這種(zhǒng)應(yīng)力雖看不(bù)見，卻會嚴(yán)重(zhòng)影(yǐng)響光學(xué)性能，因此(cǐ)必(bì)須進(jìn)行精(jīng)確測量(liáng)和控(kòng)製。本文(wén)將帶(dài)您(nín)了(liǎo)解(jiě)光學玻璃應(yīng)力(lì)測(cè)量(liáng)的基本(běn)知識。
什麼是光學玻璃中的(dí)應(yīng)力(lì)？
光(guāng)學玻(bō)璃(lí)在製(zhì)造過程中(如熔煉，成型，退火等)，由(yóu)於溫度(dù)變(biàn)化(huà)不(bù)均(jūn)匀或(huò)外部約(yuē)束(shù)，內部(bù)會產(chǎn)生(shēng)不均(jūn)匀的分(fēn)子(zǐ)排(pái)列，導致部分(fēn)區(qū)域(yù)被(bèi)拉(lā)伸(shēn)或壓(yā)縮，形成“殘(cán)餘應力”。這種應力會改變玻(bō)璃(lí)的折射(shè)率(shuài)，造成光通過時發生(shēng)偏(piān)折(zhē)或雙(shuāng)折射(shè)，導(dǎo)致成像模糊，色(sè)差(chà)增(zēng)加，甚(shèn)至使玻璃在(zài)使(shǐ)用中(zhōng)突然破(pò)裂。
為什麼(mó)需要(yào)測量應(yīng)力？
高(gāo)精度光(guāng)學係(xì)統對玻(bō)璃的(dí)光學(xué)均(jūn)匀(yún)性要求高(gāo)。例如，航天望(wàng)遠鏡的(dí)鏡(jìng)片(piàn)如果存(cún)在應(yīng)力(lì)，可(kě)能(néng)導致圖像(xiàng)失真(zhēn)，影響(xiǎng)科學(xué)觀測(cè)。此外(wài)，應力(lì)還會降低(dī)玻(bō)璃的機械強(qiáng)度(dù)和(hé)熱穩(wěn)定(dìng)性。因(yīn)此，在光學(xué)玻璃生(shēng)產，加工和(hé)質(zhì)檢過程(chéng)中，測(cè)量(liáng)並(bìng)消(xiāo)除(chú)應力是關鍵(jiàn)環節。
常見的(dí)應(yīng)力測量方法
目(mù)前(qián)，常用且(qiě)非(fēi)破壞性的測(cè)量(liáng)方(fāng)法是偏(piān)振(zhèn)光(guāng)法，也(yě)叫“光彈法”。
其(qí)基本原(yuán)理是：當光通(tōng)過(guò)存(cún)在應力的透明材(cái)料時，材(cái)料會表(biǎo)現(xiàn)出“雙折射(shè)”現象——即(jí)一束光分裂(liè)成兩束(shù)，沿不(bù)同方向(xiàng)傳播(bō)，且(qiě)速(sù)度(dù)不(bù)同，從而產生光(guāng)程差。這(zhè)種光(guāng)程差(chà)與應(yīng)力(lì)大(dà)小成(chéng)正比。
測量時，將玻璃樣(yàng)品置於兩(liǎng)片(piàn)偏振(zhèn)片(piàn)之(zhī)間(稱(chēng)為偏(piān)光儀或應力(lì)儀(yí))。光(guāng)源發出的(dí)光先(xiān)通過(guò)第一片偏(piān)振片變成(chéng)偏振光，進(jìn)入(rù)玻璃。如(rú)果玻璃內部有應力，偏振(zhèn)光(guāng)會(huì)被分解(jiě)為(wéi)兩(liǎng)束振(zhèn)動(dòng)方向相互垂直的光，它們在(zài)玻(bō)璃(lí)中(zhōng)傳播(bō)速(sù)度(dù)不同，出射(shè)時(shí)產(chǎn)生相(xiāng)位差。再通過第二(èr)片(piàn)偏振片(piàn)後，這(zhè)兩束光發生幹涉(shè)，形成明暗(àn)相(xiāng)間的(dí)條(tiáo)紋或彩色(sè)圖(tú)案(àn)。
通過(guò)觀察這些幹涉條(tiáo)紋的(dí)形狀(zhuàng)，數量和顏(yán)色，專(zhuān)業人員可(kě)以判斷(duàn)應(yīng)力的分布情況。條(tiáo)紋越密集或顏色越豐富，說明應(yīng)力越大(dà)。配合(hé)標準(zhǔn)波長(cháng)板(bǎn)和標尺，還(huán)能(néng)定量(liáng)計算出應(yīng)力(lì)值。
應力的等(děng)級與標(biāo)準(zhǔn)
根據國(guó)家(jiā)標準(如中國的GB/T 7962.18)，光學(xué)玻璃的(dí)應力通(tōng)常分(fēn)為幾(jī)個(gè)等(děng)級(jí)，如(rú)：
一級(jí)應力(lì)：幾(jī)乎無(wú)應(yīng)力，適用於高精(jīng)度(dù)光(guāng)學係統。
二級應力：輕(qīng)微應力(lì)，適用於(yú)一(yī)般光學(xué)儀(yí)器(qì)。
三級及(jí)以(yǐ)上(shàng)：應(yīng)力(lì)較(jiào)大，可能影響使用，需(xū)謹(jǐn)慎選(xuǎn)用。
檢測(cè)時(shí)，通常以(yǐ)“最(zuì)大光程差”(單(dān)位：nm)來表(biǎo)示應(yīng)力大(dà)小，數(shù)值越小越(yuè)好。
實(shí)際應(yīng)用(yòng)中的注(zhù)意(yì)事項(xiàng)
在(zài)測(cè)量時(shí)，樣(yàng)品的表麵清潔度，厚度，溫度以及(jí)儀(yí)器的(dí)校(xiào)準都會影(yǐng)響結果。因此(cǐ)，測(cè)量需在恒(héng)溫(wēn)，無(wú)振(zhèn)動(dòng)的環(huán)境中進(jìn)行。對(duì)於(yú)曲麵(miàn)鏡(jìng)片(piàn)或復(fù)雜形狀的光學(xué)元(yuán)件(jiàn)，還(huán)需(xū)借(jiè)助專(zhuān)用夾(jiā)具或三維(wéi)應力分析儀(yí)。
總結
光(guāng)學(xué)玻璃的“內在壓力(lì)”雖不可見，卻至(zhì)關重要。通過偏(piān)振光法(fǎ)等科(kē)學(xué)手段，我(wǒ)們可(kě)以“看(kàn)透”玻璃(lí)內部的應力分(fēn)布(bù)，確(què)保其(qí)光學性(xìng)能(néng)達(dá)標。這不(bù)僅(jǐn)保(bǎo)障了(liǎo)各(gè)類光學(xué)儀(yí)器(qì)的成像(xiàng)質(zhì)量(liáng)，也(yě)提升了產(chǎn)品(pǐn)的安全性(xìng)和(hé)使用壽(shòu)命(mìng)。從實驗室(shì)到生產綫，應(yīng)力測量(liáng)是(shì)連(lián)接材(cái)料科(kē)學與(yǔ)光學(xué)工程的(dí)重要(yào)橋(qiáo)梁。
掌握這些基礎知識，有助(zhù)於(yú)我們(mén)更深入(rù)地理(lǐ)解(jiě)光學製(zhì)造(zào)的(dí)精(jīng)密與嚴謹。下次當(dāng)你(nǐ)透(tòu)過(guò)清晰的(dí)鏡(jìng)頭看(kàn)世(shì)界時，不(bù)妨(fáng)想(xiǎng)一想：這(zhè)背後，也(yě)有“應力(lì)測(cè)量”的一份(fèn)功勞(láo)。
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