專利名稱:用于云紋干涉法的閃耀衍射光柵及試件柵制備工藝的制作方法
本發(fā)明是用光學(xué)方法和衍射光柵元件測(cè)量固體的變形。實(shí)驗(yàn)力學(xué)中的粗柵云紋法所使用的光柵為黑白相間的振幅型柵，屬低密度柵，靈敏度較低，僅適用于大變形的測(cè)量范圍。由于這種光柵衍射效率差，不具有閃耀特性，且高階衍射譜的光強(qiáng)損失和噪聲比都很大，因而條紋倍增技術(shù)受到了限制。
實(shí)驗(yàn)力學(xué)中的云紋干涉法，所采用的光柵是位相型全息衍射光柵。該光柵的波形為正弦形，且仍不具閃耀特性，最大光強(qiáng)集中在零級(jí)，其±1衍射級(jí)光強(qiáng)仍有相當(dāng)損失，不能充分利用入射光的光強(qiáng)。
針對(duì)上述兩種光柵存在的問題，發(fā)明一種波形為等腰三角形的位相型閃耀衍射光柵。其試件柵的制備工藝采用壓印法和貼片法，比原試件柵的制備工藝鑄塑法和轉(zhuǎn)移法簡(jiǎn)便，便于推廣應(yīng)用。
經(jīng)國(guó)際聯(lián)網(wǎng)檢索國(guó)外無此專利。
現(xiàn)有技術(shù)可參閱1.“高靈敏度云紋干涉法-一種簡(jiǎn)易的方法”D·泡斯特和W·A拜日柯特 美國(guó)“實(shí)驗(yàn)力學(xué)”雜志 21(3) 1981·3P·100-104〔D·Post，and W·A·Baracat，“High sensitivity Moire Interferometry-A Simplified Approach”Exp·Mech·21(3)p·100-104(March 1981)〕2.PAT DL-1292473.PAT GB-1493261本發(fā)明的要點(diǎn)是將位相型閃耀衍射光柵用于云紋干涉法。該光柵其溝槽斷面形狀為等腰三角形(如圖1所示)。在柵線表面有一層純鋁等金屬反射層，以增加反光效果?；w材料可為金屬、玻璃、塑料、陶瓷等非金屬材料，這種光柵稱為反射式閃耀衍射光柵。若柵線和基體均為透明材料，如玻璃、透明膠、透明塑料、石英等，則此光柵稱為透射式閃耀衍射光柵。上述光柵均可為平行柵和正交網(wǎng)格柵，其柵線密度為50～1200線/mm。該光柵滿足光柵方程式P(Sinφ+Sinθ)＝mλ式中p為光柵常數(shù)，或稱柵線節(jié)距;λ為準(zhǔn)直入射光的波長(zhǎng);φ為光束的入射角;θ為第m衍射級(jí)光的衍射角。根據(jù)需要選擇合適的光柵節(jié)距P和等腰三角形的斜面傾角β(見圖2)。使對(duì)稱入射的相干準(zhǔn)直光在所需要的±m(xù)衍射級(jí)進(jìn)行閃耀，在該衍射級(jí)上獲得最大光強(qiáng)，且光強(qiáng)比接近于1。
附圖1 用于云紋干涉法的閃耀衍射光柵示意圖。
附圖2 閃耀衍射光柵波形參數(shù)及入射光、衍射光示意圖。
以下結(jié)合附圖1、2對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明位相型閃耀衍射光柵是由反射層(1)、膠層(2)、基體(3)構(gòu)成，其波形斷面為等腰三角形，當(dāng)?shù)妊切蔚男泵鎯A角β＝φ/2＝ 1/2 Sin-1mλ/P，且±m(xù)衍射級(jí)光垂直于光柵表面時(shí)，即±m(xù)衍射級(jí)光的衍射角θ＝0，并在該衍射級(jí)上進(jìn)行閃耀，發(fā)生干涉，以獲得最大光強(qiáng)，且光強(qiáng)比接近于1。能夠獲得2m倍增的，代表構(gòu)件表面變形的高靈敏度、高反差的云紋干涉條紋圖。
采用高密度(即高頻)、低衍射級(jí)閃耀光柵。如密度為600線/mm和1200線/mm的光柵，±1級(jí)閃耀，在雙光束照射下，其±1衍射級(jí)光發(fā)生干涉，所獲得的云紋干涉條紋的靈敏度分別為1200和2400線/mm。其入射光的入射角φ分別為22.314°和49.408°，其光柵溝槽斜面傾角β分別為11.157°和24.704°。
采用低密度(低頻)、高衍射級(jí)閃耀光柵。如密度為50和100線/mm的光柵，在±12級(jí)進(jìn)行閃耀，即在雙光束照射下，其±12級(jí)衍射光發(fā)生干涉，所獲得的云紋干涉條紋的靈敏度分別相當(dāng)于1200和2400線/mm。此時(shí)，其入射光的入射角φ仍分別為22.314°和49.408°其光柵溝槽斜面傾角β仍分別為11.157°和24.704°。這樣，可以采用較低密度閃耀衍射光柵獲得相當(dāng)于4000線/mm的極限靈敏度。
該光柵的試件柵制備工藝采用壓印法和貼片法。
實(shí)施例壓印法專用于各種塑料構(gòu)件表面的制柵工藝。先將塑料構(gòu)件加熱至材料軟化點(diǎn)或處于高彈態(tài)溫度，然后將光柵模板放在構(gòu)件表面上進(jìn)行加壓，恒溫一定時(shí)間后，緩慢冷卻至室溫，即行起模，在塑料構(gòu)件表面上，便形成與模板波形一致的位相型閃耀衍射光柵的試件柵。
貼片法是用光柵模板采用壓印法在一薄塑料片上復(fù)制與模板波形相同的光柵，形成位相型閃耀衍射光柵片(包括透射式和反射式)。用常溫固化膠將該密柵片粘貼在構(gòu)件表面上，即形成試件柵。該方法適用于各種材料構(gòu)件表面試件柵的制備工藝。該試件柵制備工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)測(cè)和推廣應(yīng)用。
所發(fā)明的閃耀衍射光柵可采用功率較小的激光器而獲得足夠光強(qiáng)的效果，這為動(dòng)荷和瞬態(tài)量測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)創(chuàng)造了有利條件。目前，該項(xiàng)技術(shù)已成為實(shí)時(shí)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的有效方法。如斷裂力學(xué)中裂紋尖端附近的彈塑性位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的測(cè)定;低周疲勞和復(fù)合材料的應(yīng)變場(chǎng)及殘余應(yīng)力的測(cè)量。它為光測(cè)力學(xué)開辟了新的途徑。
權(quán)利要求
1.一種由反射層(1)、膠層(2)、基體(3)構(gòu)成的光柵，其特征是用于云紋干涉法中的位相型閃耀衍射光柵，其溝槽斷面形狀為等腰三角形。
2.按照權(quán)利要求
1所說的光柵，其特征在于該光柵為平行柵，柵線密度為50～1200線/mm。
3.按照權(quán)利要求
1所說的光柵，其特征在于該光柵為正交網(wǎng)格柵，柵線密度為50～1200線/mm。
4.按照權(quán)利要求
1，2，3所說的光柵，其特征在于所說的光柵是反射式閃耀衍射光柵，其柵線表面有一層純鋁等金屬的反射層，基體為金屬、玻璃、塑料、陶瓷等材料。
5.按照權(quán)利要求
1，2，3所說的光柵，其特征在于該光柵為透射式閃耀衍射光柵，柵線及基體均為透明材料，如透明膠、玻璃、石英、透明塑料等。
6.一種用于云紋干涉法的閃耀衍射光柵，其特征在于該光柵試件柵的制備工藝，是將塑料構(gòu)件加熱至軟化點(diǎn)或處于高彈態(tài)溫度后，將模板放在構(gòu)件表面上進(jìn)行壓印，并緩慢冷卻至室溫的壓印法。
7.一種用于云紋干涉法的閃耀衍射光柵，其特征在于該光柵試件柵的制備工藝，是將光柵模板壓印在薄塑料片上，復(fù)制與模板波形相同的光柵片后，用常溫固化膠將密柵片粘貼在構(gòu)件表面上的貼片法。
專利摘要
用光學(xué)方法和衍射光柵元件測(cè)量固體的變形。
文檔編號(hào)G02B5/18GK85100054SQ85100054
公開日1986年8月6日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者傅承誦, 吳振華, 戴福隆 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 北京光學(xué)儀器廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan