Оснастка и установка для прессования оптических изделий

Оснастка для изготовления оптики была изготовлена из материала инертного по отношению к монокристаллическим заготовкам, из которых в дальнейшем получаем готовые оптические изделия, в частности линзы (рис. 6.6, 6.7). Подобный материал применяется и для изготовления оснастки, при экструзии ИК-световодов.

Существенным требованием являются заданные радиусы кривизны верхней, нижней частей оснастки и степень чистоты обрабатываемой поверхности. Они задаются при помощи процессов обработки — шлифования и полирования.

Таблица 6.3

Фокусировка лазерного излучения. Угол ввода — 20°, диаметр фокусного пятна — 100 мкм, длина волны — 10,6 мкм

Рис. 6.6. Оснастка в собранном виде.

Рис. 6.7. Чертеж оснастки:

1 — контейнер; 2 — верхняя часть оснастки; 3 — нижняя часть оснастки Установка AG-100 kNXD (рис. 6.8) обладает возможностью создания максимальной нагрузки равной 100 кН при скорости перемещения траверса от 0,0005 до 1000 мм/мин. Процесс управления испытательной осуществляется при помощи компьютерной программы Trapezium. С ее помощью происходит обработка результатов эксперимента. Установка также может выполнять и функцию пресса. На экране монитора мы можем получить значения механических характеристик материала помещенного в рабочую зону камеры.

Рис. 6.8. Универсальная испытательная машина AG-100 kNXD (Shimadzu).

В случае ручного пресса SPECAC (см. рис. 2.22, 1) процесс прессования выполняется вручную. На передней панели пресса есть возможность выбора температурного режима. Максимальное давление -15 т. Рабочие пластины можно нагревать до температуры 200 °C.

Для более удобного расчета параметров линзы мы решили теоретически представить форму линзы, как две части сегментов шара. Такое представление дает возможность рассчитать по формуле 6.2 объем (V) материала, необходимого для изготовления линзы задаваемых размеров.

где h — высота сегмента шара, т е толщина плосковыпуклой линзы, мм; R — радиус кривизны плосковыпуклой линзы, мм.

Следовательно, сумма двух объемов сегмента шара будет равна объему линзы.

Объем заготовки берем с запасом в 3−5%. Такое решение было принято для достижения максимальной точности получаемого изделия. Избыток материала, который будет создавать дополнительную толщину линзы, предотвратит образование пустот в пространстве контейнера на стыке верхней и нижней оснасток. Таким образом, дополнительная толщина не оказывает существенного влияния на прогнозируемые размеры линзы. Материалом для изготовления линзы послужили кристаллы составов AgCl_07SBr_{0 25}, AgCl₀,.Br_{0 75} и системы AgBr-TlI. Обработка монокристаллических заготовок производится на токарном станке. Для снятия нарушенного слоя на заготовках их обрабатывают в растворе соляной кислоты и аммиака при температуре 50−60 °С [19, 20]. Далее заготовка укладывается в форму (рис. 6.6), которую помещают в зону испытательной машины (рис. 6.8), нагревают до 160−180 °С, создают давление от 5 до 7,5 т в течение 1−2 минут. Затем отключают нагрев установки и проводят «свободное» охлаждение — отжиг в течение часа.

На рис. 6.9 приведен график температурно-временного режима при изготовлении линзы диаметром 12 мм, высотой 3,6 мм и давлении 5 т.

Рис. 6.9. Зависимость температуры от времени при изготовлении линзы методом горячего прессования.

Исследования по определению оптических свойств линз проводили на стенде, представленном в гл. 5, рис. 5.45. Например, для линзы с фокусным расстоянием 4,8 мм при мощности на входе 550 мВт, на выходе — 412 мВт, коэффициент пропускания составил 75%.

Для получения картин распространение интенсивности лазерного излучения (X = 10,6 мкм) через линзу провели компьютерное моделирование в программе Zemax Optical Design (см. п. 6.3) и сравнили с изображением, полученным в результате экспериментальных измерений при помощи камеры Spericon (рис. 6.10). Полученные результаты наглядно показывают эффективность технологии по изготовлению линз (оптических изделий методом горячего прессования).

При использовании данной методики анализа фокусируемого лазерного излучения была обнаружена практическая применимость зависимости фокусного расстояния от показателя преломления для решения обратной задачи: определение показателя преломления по фокусному расстоянию линзы с известной геометрией. Точность определения фокусного расстояния, которая была достигнута при помощи камеры Spiricon, равна 0,001 мм. Следует отметить, что для определения показателя преломления с точностью 0,01 необходимо, определение значения фокусного расстояния (AF) с точность 0,02. (рис. 6.11).

Рис. 6.10. Компьютерное моделирование лазерного излучения (А. = 10,6 мкм) при диаметре фокусного пятна d = 100 мкм (1). Экспериментальное определение при d = 200 мкм (2).

Рис. 6.11. Зависимость между фокусным расстоянием и показателем преломления: а — для линз из кристаллов ZnSe,.

6 — для линз из кристаллов AgCl₀,₅Br₀₇₅

На рис. 6.12 изображен ИК-волоконный кабель основным элементом в котором являются разработанные нами ИК-световоды и оптические изделия.

Рис. 6.12. Зонды для средней инфракрасной области спектра.