Физико-технические основы лазерных технологий изготовления оптических элементов

• Автор: Яковлев, Евгений Борисович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 268 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Термомеханические напряжения при лазерном изготовлении оптических элементов
1.1. Основные физические процессы, приводящие к образованию оптического элемента при воздействии лазерного излучения на стекла и стеклообразные материалы
1.2. Напряжения в стеклах и стеклообразующих материалах, возникающие при лазерном изготовлении оптических элементов
1.2.1. Эволюция поля напряжений при лазерном изготовлении оптических элементов
1.3. Классификация режимов лазерного воздействия при изготовлении оптических элементов
1.4. Анализ условий разрушения стекол термоупругими напряжениями при лазерной обработке
1.5. Оценки остаточных напряжений при лазерной обработке стекла
1.6. Основные результаты
2 Оборудование для лазерного изготовления оптических
элементов
2.1. Требования к лазерному оборудованию для изготовления
оптических элементов и его состав

2.2. Управление распределением плотности мощности лазерного излучения в области обработки
2.2.1. Алгоритмы сканирования, применяемые при лазерном формировании оптических элементов
2.2.2. Коррекция искажений траектории сканирования
2.3. Обратные связи в технологиях лазерного изготовления оптических элементов
2.4. Базовая лазерная технологическая установка дня изготовления оптических элементов
2.5. Измерение основных оптических и геометрических параметров оптических элементов
2.5.1. Измерение оптических параметров оптических элементов
2.5.1.1. Измерение фокальных отрезков и диаметра фокального пятна под микроскопом
2.5.1.2. Измерение фокусных расстояний оптических элементов в гауссовых пучках
2.5.1.3. Измерение диаметра фокального пятна и распределения интенсивности в фокальной плоскости
2.5.1.4. Определение числовой апертуры. Измерение пропускания оптических элементов
2.5.2. Измерение профиля поверхности и геометрических параметров оптических элементов
2.6. Основные результаты
3 Разработка основ технологии изготовления оптических элементов управляемым испарением стекла
3.1. Анализ процесса испарения стекла при лазерном нагревании

3.2. Анализ гидродинамических процессов на поверхности стекла при лазерной обработке
3.2.1. Режим стационарного течения
3.2.2. Точечный источник
3.2.3. Источник конечных размеров
3.3. Экспериментальное изучение технологии изготовления оптических элементов лазерным испарением стекла
3.3.1. Влияние параметров лазерной обработки на профиль поверхности оптического элемента
3.3.1.1. Зависимость толщины испаренного слоя кварцевого стекла от параметров лазерной обработки
3.3.1.2. Влияние параметров сканирования на профиль поверхности
3.3.1.3. Кинетика образования поверхности цилиндрических линз
3.3.2. Влияние параметров обработки на качество поверхности оптических элементов
3.4. Лазерная технология изготовления мягких диафрагм
3.5. Лазерная обработка оптических волокон в режиме испарения
3.6. Оптические элементы, изготовленные лазерным испарением материала, и их оптические свойства
3.7. Основные результаты
4 Изготовление оптических элементов лазерным спеканием пористых стекол
4.1. Основные факторы, влияющие на свойства оптических элементов на основе пористого стекла
4.2. Пористое стекло. Изготовление, свойства

ний, которые могут превышать предел прочности материала. Разрушение материала произойдет при его прогреве на достаточную глубину, когда предел прочности будет превышен в некотором объеме. Поэтому разрушение происходит с некоторым запаздыванием по отношению к положению движущегося лазерного луча [16].
Для определения условий разрушения стеклянной пластины необходимо определить поле температур, возникающее в пластине во время лазерной обработки, и величину термоупругих напряжений в пластине, связанную с распределением температуры.
Оценим напряжения возникающие в пластине стекла при лазерном нагревании движущимся тепловым источником, исходя из задач термоупругости для изотропных материалов. Основную роль в процессе разрушения должны играть растягивающие напряжения, направленные перпендикулярно к направлению движения. Систему координат, связанную с движущимся источником расположим так, что ось X будет направлена по направлению движения лазерного луча (см. рис. 1.4). В этой системе координат перпендикулярно к направлению движения действуют напряжения <туу.
Величина напряжений ауу может быть определена следующим образом [18]:
Ем - модуль Юнга, /./, - коэффициент Пуассона, Тт - максимальная температура в области обработки, ат - коэффициент теплового расширения.
Напряжения сгуу будут максимальны при у — 0. Для них получим:
(1.1)
у — Ь у + Ь у — Ь
©1 = аг . ©о = агс1,е -. ©ч = агсіе ©4 = агс!§