CN110632123A - 一种测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，所述方法包括支撑夹具、柔性薄膜衍射透镜、应力应变片、环境试验箱和数据采集仪，工作流程为首先将应力应变片对称的粘贴于柔性薄膜衍射透镜表面，通常使粘贴位置位于1/2半径处，相隔60度粘贴一片，共粘贴6片。然后将柔性薄膜衍射透镜放于环境试验箱内，通过小孔将引线与数据采集仪相连，关闭环境试验箱门，并运行湿度程序。最后将采集到的应变数据进行数据处理，计算柔性薄膜衍射透镜的湿膨胀系数。该方法可以实现高精度的测量，相对传统的光学方法精度更高；可以实现各种支撑状态下的测量，相对传统热机械分析方法固定的样品形状和夹持工装而言，具备更高的灵活性。
Description
技术领域
本发明属于柔性衬底微细加工领域，具体涉及一种测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法。
背景技术
在柔性薄膜衍射透镜的加工技术上，普遍采用光刻刻蚀或纳米压印的工艺技术路线。但是由于柔性薄膜湿膨胀系数相对刚性基底差，制作出微结构的位置与设计的微结构位置有一定偏差，该偏差在制作多层图形时会造成较大套刻误差，在光学成像中也会造成较大焦距误差和波前畸变。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：为了表征柔性薄膜衬底的湿膨胀系数，为柔性薄膜衍射透镜的光学设计和误差分析提供依据，本发明提供一种测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，该方法利用的装置包括支撑夹具、柔性薄膜衍射透镜、应力应变片、环境试验箱和数据采集仪。其中支撑夹具是用于保证柔性薄膜面形和预紧力的工装，通常采用金属或碳纤维复合材料制成。柔性薄膜衍射透镜是采用PI、PET等聚合物光学薄膜材料，结合微加工工艺在其表面形成带有微纳结构图形的具备衍射成像功能的平面透镜。应力应变片是一种可以通过其内部阻值变化反映尺寸变化的电子元件，通常将应力应变片通过胶水粘贴于被测件表面，固化后将其自带引线与数据采集仪相连进行测量。环境试验箱是一种可以控制箱内温湿度的烘箱，箱体侧壁有小孔可以方便线缆穿出且不影响温湿度控制。工作流程为首先将应力应变片对称的粘贴于柔性薄膜衍射透镜表面，通常使粘贴位置位于1/2半径处，相隔60度粘贴一片，共粘贴6片。然后将柔性薄膜衍射透镜放于环境试验箱内，通过小孔将引线与数据采集仪相连，关闭环境试验箱门，并运行湿度程序。最后将采集到的应变数据进行数据处理，计算柔性薄膜衍射透镜的湿膨胀系数。
所述的支撑夹具是用于保证柔性薄膜面形和预紧力的工装，通常采用金属或碳纤维复合材料制成。预紧力可通过拉伸力的大小进行调节，固定方式可以机械固定或者胶黏剂固定，支撑夹具的平面度PV优于5μm。
所述的柔性薄膜衍射透镜是采用PI、PET等聚合物光学薄膜材料，结合微加工工艺在其表面形成带有微纳结构图形的具备衍射成像功能的平面透镜。通常聚合物光学薄膜材料本身光学均匀性较好，透射波前RMS优于λ/30，经过微纳结构图形加工，形成的衍射透镜平面度PV优于10μm。
所述的应力应变片是一种可以通过其内部阻值变化反映尺寸变化的电子元件，通常将应力应变片通过胶水粘贴于被测件表面，固化后将其自带引线与数据采集仪相连进行测量。此方法所用应力应变片须选择对湿度不敏感的防水型应力应变片，胶水选择对应的专用胶水，固化时间大于24小时。连接引线时须注意不能造成拉扯，引线和线缆连接处用锡焊固定，线缆穿过环境试验箱小孔后需封住小孔保证箱体密闭。
所述的环境试验箱是一种可以控制箱内温湿度的烘箱，箱体侧壁有小孔可以方便线缆穿出且不影响温湿度控制。通常将温度控制在室温25℃恒定，湿度按照图3所示湿度程序进行控制。由于湿度稳定需要时间，且柔性薄膜吸放湿过程也需要时间，因此每个湿度状态下需保持较长时间。
所述的数据采集仪是与应力应变片相匹配的数据采集系统，通常有多个端口，每个端口有多根线缆与不同应力应变片连接。在环境试验箱湿度稳定后、数据记录开始前，需对采集的应变数据进行清零，然后开始数据记录。
所述的湿膨胀系数的计算公式如下：
式中，CWE指湿膨胀系数(coefficient of wet expansion)单位为ppm/％，Δε指应力应变片的应变变化量，ΔH指湿度变化量。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明可以实现高精度的测量，相对传统的光学方法精度更高。
(2)本发明可以实现各种支撑状态下的测量，相对传统热机械分析方法固定的样品形状和夹持工装而言，具备更高的灵活性。
附图说明
图1为柔性薄膜衍射透镜俯视图；
图2为测量中的柔性薄膜衍射透镜侧视图；
图3为湿度要求示意图。
图中：1为支撑夹具；2为柔性薄膜衍射透镜；3为应力应变片；4为环境试验箱；5为数据采集仪。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明一种测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，所述的方法利用的装置含有支撑夹具1、柔性薄膜衍射透镜2、应力应变片3、环境试验箱4、数据采集仪5。其工作流程是柔性薄膜衍射透镜2由支撑夹具1固定，首先将应力应变片3对称的粘贴于柔性薄膜衍射透镜2表面，使应力应变片3粘贴位置位于柔性薄膜衍射透镜2通光区域1/2半径处，相隔60度粘贴一片，共粘贴6片。然后将柔性薄膜衍射透镜2放于环境试验箱4内，通过小孔将引线与数据采集仪5相连，关闭环境试验箱4的箱门，并运行湿度程序。最后将采集到的应变数据进行数据处理，计算柔性薄膜衍射透镜的湿膨胀系数。
支撑夹具1是用于保证柔性薄膜面形和预紧力的工装，通常采用金属或碳纤维复合材料制成。预紧力可通过拉伸力的大小进行调节，固定方式可以机械固定或者胶黏剂固定，支撑夹具的平面度PV优于5μm。
柔性薄膜衍射透镜2是采用PI、PET等聚合物光学薄膜材料，结合微加工工艺在其表面形成带有微纳结构图形的具备衍射成像功能的平面透镜。通常聚合物光学薄膜材料本身光学均匀性较好，透射波前RMS优于λ/30，经过微纳结构图形加工，形成的衍射透镜平面度PV优于10μm。
应力应变片3是一种可以通过其内部阻值变化反映尺寸变化的电子元件，通常将应力应变片通过胶水粘贴于被测件表面，固化后将其自带引线与数据采集仪相连进行测量。此方法所用应力应变片须选择对湿度不敏感的防水型应力应变片，胶水选择对应的专用胶水，固化时间大于24小时。连接引线时须注意不能造成拉扯，引线和线缆连接处用锡焊固定，线缆穿过环境试验箱小孔后需封住小孔保证箱体密闭。
环境试验箱4是一种可以控制箱内温湿度的烘箱，箱体侧壁有小孔可以方便线缆穿出且不影响温湿度控制。通常将温度控制在室温25℃恒定，湿度按照图3所示湿度要求进行控制。由于湿度稳定需要时间，且柔性薄膜吸放湿过程也需要时间，因此每个湿度状态下需保持较长时间。
数据采集仪5是与应力应变片相匹配的数据采集系统，通常有多个端口，每个端口有多根线缆与不同应力应变片连接。在环境试验箱湿度稳定后、数据记录开始前，需对采集的应变数据进行清零，然后开始数据记录。
测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法中，湿膨胀系数的计算公式如下：
式中，CWE指湿膨胀系数(coefficient of wet expansion)单位为ppm/％，Δε指应力应变片的应变变化量，ΔH指湿度变化量。
Claims (7)
1.一种测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，其特征在于，所述的方法利用的装置含有支撑夹具(1)、柔性薄膜衍射透镜(2)、应力应变片(3)、环境试验箱(4)和数据采集仪(5)，所述的方法工作流程是柔性薄膜衍射透镜(2)由支撑夹具(1)固定，首先将应力应变片(3)对称的粘贴于柔性薄膜衍射透镜(2)表面，使应力应变片(3)粘贴位置位于柔性薄膜衍射透镜(2)通光区域1/2半径处，相隔60度粘贴一片，共粘贴6片；然后将柔性薄膜衍射透镜(2)放于环境试验箱(4)内，通过小孔将引线与数据采集仪(5)相连，关闭环境试验箱(4)的箱门，并运行湿度程序，最后将采集到的应变数据进行数据处理，计算柔性薄膜衍射透镜的湿膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，其特征在于，所述的支撑夹具(1)是用于保证柔性薄膜面形和预紧力的工装，通常采用金属或碳纤维复合材料制成；预紧力可通过拉伸力的大小进行调节，固定方式可以机械固定或者胶黏剂固定，支撑夹具的平面度PV优于5μm。
3.根据权利要求1所述的测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，其特征在于，所述的柔性薄膜衍射透镜(2)是采用PI、PET聚合物光学薄膜材料，结合微加工工艺在其表面形成带有微纳结构图形的具备衍射成像功能的平面透镜；通常聚合物光学薄膜材料本身光学均匀性较好，透射波前RMS优于λ/30，经过微纳结构图形加工，形成的衍射透镜平面度PV优于10μm。
4.根据权利要求1所述的测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，其特征在于，所述的应力应变片(3)是一种可以通过其内部阻值变化反映尺寸变化的电子元件，通常将应力应变片通过胶水粘贴于被测件表面，固化后将其自带引线与数据采集仪相连进行测量；此方法所用应力应变片须选择对湿度不敏感的防水型应力应变片，胶水选择对应的专用胶水，固化时间大于24小时；连接引线时须注意不能造成拉扯，引线和线缆连接处用锡焊固定，线缆穿过环境试验箱小孔后需封住小孔保证箱体密闭。
5.根据权利要求1所述的测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，其特征在于，所述的环境试验箱(4)是一种可以控制箱内温湿度的烘箱，箱体侧壁有小孔可以方便线缆穿出且不影响温湿度控制；通常将温度控制在室温25℃恒定，湿度按照湿度要求进行控制；由于湿度稳定需要时间，且柔性薄膜吸放湿过程也需要时间，因此每个湿度状态下需保持较长时间。
6.根据权利要求1所述的测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，其特征在于，所述的数据采集仪(5)是与应力应变片相匹配的数据采集系统，通常有多个端口，每个端口有多根线缆与不同应力应变片连接；在环境试验箱湿度稳定后、数据记录开始前，需对采集的应变数据进行清零，然后开始数据记录。
7.根据权利要求1所述的测量柔性薄膜衍射透镜湿膨胀系数的方法，其特征在于，湿膨胀系数的计算公式如下：
式中，CWE指湿膨胀系数(coefficient of wet expansion)单位为ppm/％，Δε指应力应变片的应变变化量，ΔH指湿度变化量。
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