熱壓玻璃透鏡里的殘余應力研究.pdf

1、作為一種替代傳統(tǒng)的光學玻璃透鏡的制造方法，光學玻璃透鏡的精密熱壓成型是一個有吸引力的工藝。它具有一次成型，高效率低成本，適應于玻璃透鏡的規(guī)模生產(chǎn)，環(huán)境友好等優(yōu)點。
　　但是熱壓成型技術是一種在高溫下對光學玻璃模壓成型工藝，由于冷卻過程中的溫度不均勻，以及玻璃在其轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi)的復雜狀態(tài)變化，導致最后殘余應力被凍結(jié)在玻璃透鏡里。而殘余應力的存在會使玻璃透鏡產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，以及折射率偏差，從而影響透鏡的光學性能。
　　為了研究熱壓成

2、型透鏡中的殘余應力問題，本文分別采用實驗和有限元仿真研究了玻璃透鏡中的殘余應力分布，并探索了利用退火工藝來改善玻璃透鏡中的殘余應力與折射率偏差的方法。
　　為了理解玻璃透鏡中的殘余應力分布，實驗搭建了圓偏光器(circularpolariscope)，分別對經(jīng)過熱處理后的圓柱透鏡以及熱壓成型的非球面透鏡進行了測量。測量過程中采取用六步左右相移法獲得了被測透鏡不同的光強圖像，計算得到了被測透鏡的等傾角與相位延遲。根據(jù)軸對稱應力、以及

3、弱雙折射情況下的透鏡中的應力與透鏡等傾角與相位延遲關系，以及透鏡的平衡方程以及一般性求和法則，利用編寫的殘余應力重建程序，重建了透鏡中的殘余應力分布。
　　采用有限元仿真計算了圓柱透鏡以及非球面透鏡中的殘余應力，并將仿真分析結(jié)果與實驗測量計算進行了對比，研究表明，有限元仿真可以用來研究熱壓成型透鏡中的殘余應力。
　　同時探討了有限元計算仿真中玻璃材料的比熱容，熱膨脹系數(shù)對仿真結(jié)果的影響，對玻璃透鏡冷卻過程中的冷卻速率進行了仿

4、真研究，探索了冷卻速率對透鏡中殘余應力以及透鏡曲面形貌的影響。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)折溫度前的冷卻速率對成型透鏡的殘余應力和曲面形貌影響較大，同時隨著冷卻速率的的減小，透鏡中的殘余應力在減小，但是曲面相貌偏差會變大。
　　為了降低熱壓成型的非球面鏡中的殘余應力，本文還對非球面透鏡進行了退火實驗。并分別利用圓偏光器、基于Mach-Zehnder干涉儀的實驗裝置，以及輪廓儀測量了退火實驗前、后透鏡中的殘余應力，折射率偏差以及透鏡的非球面曲面形貌。研究

5、表明，當退火溫度在應變點附近時，能夠減小透鏡中的殘余應力，但是對折射率偏差的影響不大;當退火溫度在玻璃材料退火點附近時，透鏡中的殘余應力與折射率偏差都變小了;且在退火后透鏡非球面的曲面形貌得到了較好的保存。
　　最后根據(jù)文中的實驗與仿真，提出了一種新的透鏡熱壓成型工藝，即在透鏡熱壓成型階段針對透鏡曲面面型進行優(yōu)化工藝，透鏡熱壓成型后，利用退火方式來降低透鏡中的殘余應力與折射率偏差，由于退火過程中只需要進行溫度控制，因此可以對批量的