專利名稱：高溫全息光柵及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)楣鉁y力學(xué)，無損檢測。
高頻位相柵是云紋干涉法進(jìn)行物體變形測量的基本元件，目前常溫高頻位相柵的制作工藝和試件柵轉(zhuǎn)移技術(shù)已趨成熟，隨著新型材料高溫力學(xué)性能研究和航空、航天、動(dòng)力工業(yè)發(fā)展對(duì)高溫元件的變形實(shí)測工作的需要，發(fā)展云紋干涉法在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用日益受到國內(nèi)、外學(xué)者的關(guān)注。
目前云紋干涉法在高溫領(lǐng)域測量的溫度范圍較低，一般只能對(duì)200℃以下的變形構(gòu)件進(jìn)行分析，1988年柯魯?shù)绿岢鍪褂面嚲W(wǎng)制作高溫柵，該光柵需要使用高溫陶瓷膠與物體固化連接，限制了其在現(xiàn)埸條件下的應(yīng)用。后來波斯特曾提出利用等離子體刻蝕技術(shù)制作高溫位相柵，至今未能實(shí)現(xiàn)。目前光測實(shí)驗(yàn)力學(xué)中使用的高溫云紋光柵，多采用光柵拷貝法并結(jié)合真空鍍膜技術(shù)制作的單鍍層高溫柵，屬于高溫振幅型粗柵，其柵線頻率在100L/mm。
相近技術(shù)的引用材料1.波斯特等，“云紋干涉法中的零厚度試件柵”，《實(shí)驗(yàn)力學(xué)》美，1991年第2期，P45-47頁。
2.柯魯?shù)隆伴L期高溫條件下使用的云紋光柵”，《實(shí)驗(yàn)力學(xué)》美，1979年10月，P19-21頁。
本發(fā)明的目的，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明者提出雙鍍層高溫全息光柵，可做為高溫變形測量的基本元件使用，為云紋干涉法，光柵應(yīng)變計(jì)法及超細(xì)網(wǎng)格法在高溫領(lǐng)域高靈敏度光學(xué)測量工作的開展奠定了基礎(chǔ)。
本發(fā)明的目的由以下主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)的用可動(dòng)光源制作高溫全息光柵技術(shù)與真空鍍膜技術(shù)結(jié)合起來研制出的高溫全息光柵，本發(fā)明者提出用雙鍍層光刻法制作，由兩抗氧化能力強(qiáng)的金屬鍍膜構(gòu)成。具體工藝流程如下首先對(duì)試件基體表面拋光，在其上鍍一層在高溫下難氧化的金屬膜，然后涂布光刻膠，可用正型光刻膠，用可動(dòng)光源制作全息光柵，在制作的光柵上鍍一層高溫下難氧化的金屬膜，除去光刻膠，而形成雙鍍層高溫全息光柵。
高溫全息光柵分為振幅型和位相型。由金屬Au-Cr構(gòu)成的雙鍍層高溫全息光柵為振幅型，由金屬Cr-Cr構(gòu)成的雙鍍層高溫全息光柵為位相型。它們的幾何形狀均為方波型，其頻率f≤2400L/mm，工作溫度從常溫到950℃范圍內(nèi)均可。
附1雙鍍層光刻法制作高溫全息光柵工藝流程2高溫全息光柵結(jié)構(gòu)形狀示意3制作全息光柵的光路系統(tǒng)圖結(jié)合


實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體技術(shù)方案和具體結(jié)構(gòu)。
目前在光測實(shí)驗(yàn)力學(xué)中使用的高溫云紋光柵，一般使用單鍍層并結(jié)合光柵拷貝技術(shù)制作，這種光柵的頻率在100L/mm以下，無法應(yīng)用于高靈敏度的光學(xué)方法對(duì)高溫物體變形的測量。本發(fā)明的高溫全息光柵采用雙鍍層光刻法制作，它由兩抗氧化能力強(qiáng)的金屬鍍層構(gòu)成。雙鍍層光刻法制作高溫全息光柵的工藝流程圖見圖1。首先在試件表面拋光1，然后在其表面鍍一層在高溫條件下難氧化的金屬膜2，涂布光刻膠3，經(jīng)曝光制作全息光柵4，在光柵上鍍一層在高溫條件下難氧化的金屬膜5，用有機(jī)溶劑一般用丙酮除去光刻膠6，則在試件表面上形成雙鍍層高溫全息光柵，兩層金屬鍍膜可選用相同金屬材料，也可選用不同金屬材料。根據(jù)需要若第一層金屬鍍膜7，和第二層金屬鍍膜8選用相同金屬材料，如Cr-Cr則構(gòu)成位相型高溫全息光柵;若第一層金屬鍍膜7和第二層金屬鍍膜8選用不同金屬材料，第一層金屬鍍膜7為金(Au)，第二屬金屬鍍膜8選用與第一層金層鍍7具有高反差的金屬材料鉻(Cr)，則試件表面形成由Au-Cr構(gòu)成的振幅型高溫全息光柵，它特別適用于網(wǎng)格法對(duì)高溫物體變形的測量。
采用雙鍍層光刻法制作的高溫全息光柵幾何形狀及結(jié)構(gòu)見圖2。它由基體9，第一層金屬鍍膜7，光刻膠一般用正型光刻膠，第二層金屬鍍膜8，構(gòu)成方波形高溫全息光柵。將可動(dòng)光源制作全息光柵技術(shù)應(yīng)用于制作高溫柵，把高溫柵的頻率提高了10-20倍，一般頻率f≤2400l/mm，其工作溫度從常溫到950℃的溫度范圍均適用。
全息光柵的光學(xué)系統(tǒng)見圖3。激光器11發(fā)出的光由帶有楔角的楔塊12經(jīng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使入射激光光速成為可動(dòng)光源。BE為擴(kuò)束鏡，L為準(zhǔn)直鏡，M，M1，M2，M3為反射鏡，BS為分光比為1∶1的分光鏡，SP為光柵記錄面。將涂有光刻膠的試樣放入光路中進(jìn)行曝光，經(jīng)顯影、定影之后，在試樣表面記錄下頻率為f的全息光柵。
f＝2smα/λ式中λ為使用激光波長采用上述可動(dòng)光源制作高溫全息光柵，可以通過降低光源的相干性，消除散斑噪聲，提高光柵的衍射效率，并改善了光柵表面的均勻性。
本發(fā)明的高溫全息光柵，頻率高，工作溫度從常溫到950℃范圍均可以，抗氧化能力強(qiáng)，光柵的衍射效率高，光柵表面均勻性好。高溫全息光柵的制作成功為云紋干涉法，光柵應(yīng)變計(jì)法等高靈敏度光學(xué)測量方法在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種光柵，其特征在于它是一種高溫全息光柵，它由基體9，第一層金屬鍍膜7，光刻膠10，第二層金屬鍍膜8構(gòu)成方波形光柵，該光柵為雙鍍層，兩抗氧化能力強(qiáng)的金屬鍍膜制成，其頻率f≤2400L/mm，工作溫度從常溫到950℃范圍內(nèi)均適用。
2.按照權(quán)利要求1所說的高溫全息光柵，其特征在于所說的雙鍍層兩抗氧化能力強(qiáng)的金屬層材料為Cr-Cr，則構(gòu)成位相型高溫全息光柵。
3.按照權(quán)利要求1所說的高溫全息光柵，其特征在于所說的雙鍍層，兩抗氧化能力強(qiáng)的金屬層為不同金屬材料Au-Cr，則構(gòu)成振幅型高溫全息光柵。
4.一種如權(quán)利要求1或2或3所說的高溫全息光柵的制造方法，其特征在于該方法是將可動(dòng)光源制作全息光柵技術(shù)與真空鍍膜技術(shù)結(jié)合起來用雙鍍層光刻法制做高溫全息光柵。
5.按照權(quán)利要求4所說的用雙鍍層光刻法制做高溫全息光柵的方法其特征在于首先對(duì)試件機(jī)體表面拋光，在其上鍍一層在高溫下難氧化的金屬膜7，然后涂布光刻膠10，用可動(dòng)光源制作全息光柵，在制作的光柵上鍍一層在高溫條件下難氧化的金屬膜8，用有機(jī)溶劑除去光刻膠而形成雙鍍層高溫全息光柵。
6.按照權(quán)利要求4所說的高溫全息光柵制作方法，其特征在于所說的光刻膠為正型光刻膠。
7.按照權(quán)利要求4所說的高溫全息光柵制作方法，其特征在于除去光刻膠的有機(jī)溶劑為丙酮。
8.按照權(quán)利要求4所說的高溫全息光柵的制作方法，其特征在于所說的可動(dòng)光源制作全息光柵技術(shù)其光路系統(tǒng)為激光器11發(fā)出的光由帶有楔角的楔塊12，經(jīng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使入射光速成為可動(dòng)光源，BE為擴(kuò)束鏡，M，M1，M2，M3為反射鏡，BS為分光比為1∶1的分光鏡，SP為光柵記錄面。
全文摘要
高溫全息光柵，是將可動(dòng)光源制作全息光柵技術(shù)與真空鍍膜技術(shù)結(jié)合研制出來的，是一種具有高靈敏度的位移測量基本元件。它是采用雙鍍層光刻法制作，由兩抗氧化能力強(qiáng)的金屬鍍層構(gòu)成。兩鍍層的金屬材料相同時(shí)如Cr-Cr，則構(gòu)成位相型高溫全息光柵；若兩鍍層金屬材料不同，如Au-Cr則構(gòu)成振幅型高溫全息光柵。本發(fā)明的高溫全息光柵，頻率高，f≤2400L/mm，工作溫度范圍由常溫到950℃均可，抗氧化力強(qiáng)，為光學(xué)測量方法在高溫領(lǐng)域中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G03H1/00GK1088312SQ9310683
公開日1994年6月22日 申請(qǐng)日期1993年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月10日
發(fā)明者謝惠民, 戴福隆 申請(qǐng)人:清華大學(xué)