多普勒效应与激光外差技术复合检测金属线膨胀系数

物体的热膨胀性质反映了材料本身的属性,通常将固体受热后在一维方向上长度的变化称为线膨胀。测量材料的线膨胀系数,不仅对新材料的研制具有重要意义,而且也是选用材料的重要指标之一。将激光外差技术与多普勒效应深度融合,提出一种多光束激光外差测量金属线膨胀系数的新方法,即利用多普勒振镜把待测参数信息调制到多光束激光外差信号的频率差中,信号解调后可以同时获取多个待测参数信息,对多个待测参数加权平均,从而可以精确得到待测样品长度随温度的变化量,最终提高待测样品线膨胀系数的测量精度。基于该方法,对不同温度情况下金属棒线膨胀系数进行了仿真研究,结果表明该方法测量金属棒线膨胀系数的相对误差为0.1%。与传统测量方法相比,测量精度提高了一个数量级。     

基于等光程法测量固体线膨胀系数装置的设计

基于迈克尔逊干涉仪能够测量微小长度变化量的原理,自行改装并设计出利用等光程法实现对固体材料线膨胀系数精确测量的装置。基本思路是将原迈克尔逊干涉仪上的两个反射镜都改装成动镜,并将改装后的一动镜放在新增的导轨上,然后将其和待测金属棒的一端相连接,当金属棒受热后会产生细微的伸长,进而顶着动镜产生细微的移动,通过调节并观测受热前后屏上干涉条纹“缩进”和“涌出”的分界点来确定金属棒产生的微小形变量,然后根据公式计算出待测金属棒的线膨胀系数。该测量方法克服了传统数条纹方式的缺陷,可实现对金属棒线膨胀系数的精确测量,具有操作简便,实用性强的优点。     

YAG:Nd、YAG:Nd:Cr晶体热线膨胀特性

一、前言固体激光材料YAG:Nd、YAG:Nd:Cr属于立方晶系晶体。对于完整的理想晶体,在光学、热学、机械性质上是各向同性的。作为固体激光材料,为了估价和设计固体激光器,需要有准确的折射率温度系数和热线膨胀系数。对于热线膨胀系数,虽然文献〔2～9〕有报导,但数据差异较大,并且与膨胀系数有关的样品成份、结晶状态和取向、测量的温度范围等参数报导得不详细。本报告利用普通光学膨胀仪对YAG:Nd、YAG:Nd:Cr不同成分、取向单晶棒进行了热线膨胀特性测定,提供了某些参数条件下的单位线膨胀和平均线膨胀系数数据。     

激光应用

0208090激光散斑双片法测量线膨胀系数[刊]/宋伟//燕山大学学报.—2001,25(4).—328～329(C)针对提高散斑测量精度,简化测量方法,提出了激光散斑双片叠加测量法,用此方法成功地测量了固体的线膨胀系数。参20208091激光通过实验室模拟尾流的衰减特性[刊]/张建生//     

利用斐索干涉测量激光波长

在激光应用中需要精确、快速测量所用激光的波长,本文介绍了一种测量激光波长的方法,其光路基于斐索干涉仪,并通过光路准直与滤波而产生平行干涉条纹,通过线阵CCD采集并经计算机处理后能够以较高的精度测量激光波长。     

基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。     

SiO_2对碲铅铋硅系玻璃粉结构和热学性能的影响

采用熔融法制备出不同SiO2含量的TeO2-PbO-Bi2O3-SiO2系玻璃粉,研究了SiO2的加入量对该系玻璃结构、线膨胀系数αl、膨胀软化温度ts和热稳定性的影响。结果表明:SiO2以[SiO4]四面体的形式参与玻璃网络形成,随SiO2含量的增加,玻璃粉的膨胀软化温度升高,线膨胀系数先减小后增大,热稳定性则表现出相反的规律。当SiO2的加入质量分数为5%时,玻璃粉的线膨胀系数最小,为90.12×10–7/℃,玻璃粉热稳定性最好。     

精密测量圆柱形工件内径的新途径

本文提出一种对圆柱形工件内径进行精密测量的新方法。激光改变了机电行业目前传统的手工检测方式,使测量精度从10微米量级提高到微米量级。该测量方法基于迈克尔逊干涉仪原理和光电检测技术,用光分束器将干涉仪的光路延伸到工件中。通过对干涉条纹的观察跟踪,实现对工件的准     

CCD在透明材料折射率测量中的应用

介绍了一种基于衍射光栅干涉的透明材料折射率测量方法。讨论了测量的基本原理、对CCD获取数据的处理方法和样品的测量结果。这种方法使用的仪器少,操作简单,运用CCD作为观测分析的工具,测量精度能够达到10-3量级,对测量方法进行适当的扩展,还能够用于测量透明材料的其他与折射率相关的参数。对有机聚合物热光系数的测量,理论精度能够达到10-5/℃量级。     

微片激光准共路-调频回馈干涉仪关键技术研究

激光器回馈干涉（又称自混合干涉）与传统的光干涉有实质不同。前者发生在激光器（光源）内部，激光介质增益对干涉效果（条纹形状等）起重要作用，而后者只发生在激光器外部的光路上。本文从应用的角度，也从和传统的激光干涉对比的角度探讨固体微片激光器回馈干涉仪的关键技术，包括对固体微片激光器回馈有特殊意义的“弛豫振荡”、高光灵敏度（完全非接触）的形成、测量精度提高、测量速度增加、频率稳定等。还将介绍本团队研究微片激光准共路-调频回馈干涉仪应用的成果，包括回馈共焦显微技术、表面测量、振动（和声音）测量、面内位移测量、热膨胀系数测量、折射率测量等。     

Out-of-plane thermal expansion coefficient of biphenyldianhydride-phenylenediamine polyimide film

The out-of-plane thermal expansion coefficient α_⊥ of biphenyldianhydride-phenylenediamine (BPDA-PDA) polyimide thin film between 20 and 400°C has been measured using a laser spot scanning interferometer. The α_⊥ varies from 100 ppm/°C at 20°C to 400 ppm/°C at 400°C. As the result of highly anisotropic microstructure, the α_⊥ is much larger than the in-plane thermal expansion coefficient α_∥ and increases dramatically when the temperature exceeds the glass transition temperature (≈320°C).     

负热膨胀材料及其在激光熔覆中的应用

激光熔覆是一种典型的表面改性技术,已得到了广泛的应用。在激光熔覆快速冷凝过程中容易产生热应力,进而产生变形,严重时会产生裂纹、失效等缺陷。负膨胀材料是指在一定温度范围内材料体积出现热缩冷涨行为的材料,和热胀冷缩材料正好相反,负膨胀材料的发现为解决材料在受热时出现膨胀变形和失效提供了处理方法。正确的使用负膨胀材料可以抑制激光熔覆加工中的裂纹和热应力集中等缺陷,提高熔覆层的机械性能,产生热膨胀可控的材料甚至零膨胀材料。本文分析了激光熔覆中裂纹产生的机理,对负膨胀材料的种类及负膨胀的原理进行了总结,对每种负膨胀材料产生负膨胀行为的条件进行了对比和分析,负膨胀材料的膨胀系数和产生负膨胀行为的温度区间会影响在激光熔覆过程中的使用。重点对国内外已经实验验证的负膨胀材料在激光熔覆中的应用进行了总结概括,提出负膨胀材料在激光熔覆中存在的一些普遍规律,以及现阶段负膨胀材料在激光熔覆应用中的不足,对负膨胀材料在激光熔覆中的应用进行概括和展望。     

激光熔覆层热膨胀系数对其开裂敏感性的影响

通过适当调整Fe-Cr-Ni合金的成分,改变其热膨胀系数,用以进行激光熔覆,并研究熔覆层的开裂敏感性,结果表明降低熔覆层热膨胀系数有利于明显减小激光熔覆层的开裂敏感性.对此进行了较详细的分析,并为解决熔覆层开裂,提出了熔覆合金与基材间热膨胀系数差值要有合理范围的观点.     

热膨胀系数的高精度自动测量方法

将空气劈尖的等厚干涉原理与CCD图像处理技术相结合,提出了一种对材料热膨胀系数进行高精度自动测量的新方法.详细介绍了当材料受热膨胀引起空气劈尖的其中一个平板玻璃平移时,如何利用干涉条纹图像实时采集处理系统对干涉条纹的移动量进行跟踪测量的原理与过程,并由导出的材料受热膨胀时的绝对伸长量与干涉条纹移动所掠过的CCD像元个数间的关系,用最小二乘法对材料热膨胀系数进行了计算.实验结果表明,新方法是可行的,热膨胀系数的相对不确定度为1.1%.与通常的测量方法相比,新方法能够减小因公式不当近似引入的系统误差,因而更合理.     

高膨胀系数玻璃-陶瓷复合材料的性能研究

选用具有良好介电性能和膨胀性能的硼硅酸盐(SiO2-BaO-B2O3-Al2O3)和石英,采用固相法合成了一系列具有高热膨胀系数的玻璃-陶瓷复合材料,并对这些复合材料进行了XRD、SEM分析,及其热、力、电性能的测试。结果表明:所制复合材料的热膨胀系数和弯曲强度随着石英含量的增加而增大,其相对介电常数则随之减小。石英质量分数为40%的复合材料在980℃烧结时,析出了大量的方石英相,复合材料的热膨胀系数增大。最终制备的复合材料具有高的热膨胀系数[(10.3～25.5)×10-6/℃]、较高的弯曲强度(146MPa)、较低的相对介电常数(5.6～6.4)及介电损耗(0.10%～0.30%)。     

激光扩束望远镜的工程应用问题

本文通过分析认为,在工程应用中,激光扩束望远镜的实际作用是调整激光发散角,包括压缩和扩大两个方面。     

光热调制激光波长测量物体的微小振动

提出了一种新型半导体激光正弦相位调制干涉仪。使用此干涉仪测量了物体的微小振动。利用光热效应调制光源波长降低了光源光强变化引起的测量误差。模拟计算和实验结果证明了此干涉仪的有用性     

High resolution optical interference investigation of deformation due to thermal expansion mismatch around plated through holes in multilayer circuit boards

By adhering a thin and therefore flexible, microscope cover slip to the top surface of a multilayer circuit board, localised variations inz axis thermal expansion between the laminate and the copper sleeve on a plated through hole (PTH) have been observed and measured. Moire fringes have been generated from superimposed photographs of the pattern of optical interference fringes formed in the gap between an optical flat and the free surface of the cover slip; adjacent moire fringes are contours of normal displacement differing in magnitude by half a wavelength. Thin plate elasticity theory applied to the cover slip permits the distribution of normal stress to be estimated. Environmental cycling of soldered and unsoldered PTH's reveal that the copper sleeve experiences greater axial stress in the former and is never stress free at any point in the cycle. The maximum tensile stresses are found to be well in excess of the yield strength of annealed OFHC copper. The same optical interference fringe technique has been used to measure thez axis thermal expansion coefficient (a) over the range -40‡ C to 60‡ C. For the glass fibre/polyimide laminate boards studied here, there exists two linear regimes of expansion; α = 38.9 x 10⁻⁶ K⁻¹ below and 68.2 x×10⁻⁶ K⁻¹ above 29.7° C.     

Negative Thermal Expansion Design Strategies in a Diverse Series of Metal–Organic Frameworks

Negative thermal expansion materials are of interest for an array of composite material applications whereby they can compensate for the behavior of a positive thermal expansion matrix. In this work, various design strategies for systematically tuning the coefficient of thermal expansion in a diverse series of metal–organic frameworks (MOFs) are demonstrated. By independently varying the metal, ligand, topology, and guest environment of representative MOFs, a range of negative and positive thermal expansion behaviors are experimentally achieved. Insights into the origin of these behaviors are obtained through an analysis of synchrotron‐radiation total scattering and diffraction experiments, as well as complementary molecular simulations. The implications of these findings on the prospects for MOFs as an emergent negative thermal expansion material class are also discussed.