CN85100054A - 用于云纹干涉法的闪耀衍射光栅及试件栅制备工艺 - Google Patents
用于云纹干涉法的闪耀衍射光栅及试件栅制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
用光学方法和衍射光栅元件测量固体的变形。
本发明为用于云纹干涉法的位相型闪耀衍射光栅。其光栅波形为等腰三角形，用刻线机刻制光栅模板。采用试件栅的制备工艺，将模板栅线波形复制在构件表面上，形成试件栅。根据需要可选择不同等腰三角形的斜面倾角β和光栅节距P，使对称入射的两相干准直光在所需要的±m衍射级上进行闪耀，使在该衍射级上获得最大光强，且光强比接近于1，以获得高灵敏度，高反差的云纹干涉条纹图。此法为光测力学开辟了新的途径。
Description
本发明是用光学方法和衍射光栅元件测量固体的变形。实验力学中的粗栅云纹法所使用的光栅为黑白相间的振幅型栅，属低密度栅，灵敏度较低，仅适用于大变形的测量范围。由于这种光栅衍射效率差，不具有闪耀特性，且高阶衍射谱的光强损失和噪声比都很大，因而条纹倍增技术受到了限制。
实验力学中的云纹干涉法，所采用的光栅是位相型全息衍射光栅。该光栅的波形为正弦形，且仍不具闪耀特性，最大光强集中在零级，其±1衍射级光强仍有相当损失，不能充分利用入射光的光强。
针对上述两种光栅存在的问题，发明一种波形为等腰三角形的位相型闪耀衍射光栅。其试件栅的制备工艺采用压印法和贴片法，比原试件栅的制备工艺铸塑法和转移法简便，便于推广应用。
经国际联网检索国外无此专利。
现有技术可参阅：
1.“高灵敏度云纹干涉法-一种简易的方法”D·泡斯特和W·A拜日柯特 美国“实验力学”杂志 21（3） 1981·3
P·100-104
〔D·Post，and W·A·Baracat，“High sensitivity Moire Interferometry-A Simplified Approach”Exp·Mech·21（3）p·100-104（March 1981）〕
2.PAT DL-129247
3.PAT GB-1493261
本发明的要点是将位相型闪耀衍射光栅用于云纹干涉法。该光栅其沟槽断面形状为等腰三角形（如图1所示）。在栅线表面有一层纯铝等金属反射层，以增加反光效果。基体材料可为金属、玻璃、塑料、陶瓷等非金属材料，这种光栅称为反射式闪耀衍射光栅。若栅线和基体均为透明材料，如：玻璃、透明胶、透明塑料、石英等，则此光栅称为透射式闪耀衍射光栅。上述光栅均可为平行栅和正交网格栅，其栅线密度为50～1200线/mm。该光栅满足光栅方程式P（Sinφ+Sinθ）＝mλ式中p为光栅常数，或称栅线节距;λ为准直入射光的波长;φ为光束的入射角;θ为第m衍射级光的衍射角。根据需要选择合适的光栅节距P和等腰三角形的斜面倾角β（见图2）。使对称入射的相干准直光在所需要的±m衍射级进行闪耀，在该衍射级上获得最大光强，且光强比接近于1。
附图1 用于云纹干涉法的闪耀衍射光栅示意图。
附图2 闪耀衍射光栅波形参数及入射光、衍射光示意图。
以下结合附图1、2对发明作进一步的详细描述。本发明位相型闪耀衍射光栅是由反射层（1）、胶层（2）、基体（3）构成，其波形断面为等腰三角形，当等腰三角形的斜面倾角β＝φ/2＝ 1/2 Sin-1mλ/P，且±m衍射级光垂直于光栅表面时，即±m衍射级光的衍射角θ＝0，并在该衍射级上进行闪耀，发生干涉，以获得最大光强，且光强比接近于1。能够获得2m倍增的，代表构件表面变形的高灵敏度、高反差的云纹干涉条纹图。
采用高密度（即高频）、低衍射级闪耀光栅。如：密度为600线/mm和1200线/mm的光栅，±1级闪耀，在双光束照射下，其±1衍射级光发生干涉，所获得的云纹干涉条纹的灵敏度分别为1200和2400线/mm。其入射光的入射角φ分别为22.314°和49.408°，其光栅沟槽斜面倾角β分别为11.157°和24.704°。
采用低密度（低频）、高衍射级闪耀光栅。如：密度为50和100线/mm的光栅，在±12级进行闪耀，即在双光束照射下，其±12级衍射光发生干涉，所获得的云纹干涉条纹的灵敏度分别相当于1200和2400线/mm。此时，其入射光的入射角φ仍分别为22.314°和49.408°其光栅沟槽斜面倾角β仍分别为11.157°和24.704°。这样，可以采用较低密度闪耀衍射光栅获得相当于4000线/mm的极限灵敏度。
该光栅的试件栅制备工艺采用压印法和贴片法。
实施例
压印法专用于各种塑料构件表面的制栅工艺。先将塑料构件加热至材料软化点或处于高弹态温度，然后将光栅模板放在构件表面上进行加压，恒温一定时间后，缓慢冷却至室温，即行起模，在塑料构件表面上，便形成与模板波形一致的位相型闪耀衍射光栅的试件栅。
贴片法是用光栅模板采用压印法在一薄塑料片上复制与模板波形相同的光栅，形成位相型闪耀衍射光栅片（包括透射式和反射式）。用常温固化胶将该密栅片粘贴在构件表面上，即形成试件栅。该方法适用于各种材料构件表面试件栅的制备工艺。该试件栅制备工艺简单，便于实测和推广应用。
所发明的闪耀衍射光栅可采用功率较小的激光器而获得足够光强的效果，这为动荷和瞬态量测和现场实测创造了有利条件。目前，该项技术已成为实时观测实验应力分析的有效方法。如：断裂力学中裂纹尖端附近的弹塑性位移场和应变场的测定;低周疲劳和复合材料的应变场及残余应力的测量。它为光测力学开辟了新的途径。
Claims (7)
1、一种由反射层(1)、胶层(2)、基体(3)构成的光栅，其特征是用于云纹干涉法中的位相型闪耀衍射光栅，其沟槽断面形状为等腰三角形。
2、按照权利要求1所说的光栅，其特征在于该光栅为平行栅，栅线密度为50～1200线/mm。
3、按照权利要求1所说的光栅，其特征在于该光栅为正交网格栅，栅线密度为50～1200线/mm。
4、按照权利要求1，2，3所说的光栅，其特征在于所说的光栅是反射式闪耀衍射光栅，其栅线表面有一层纯铝等金属的反射层，基体为金属、玻璃、塑料、陶瓷等材料。
5、按照权利要求1，2，3所说的光栅，其特征在于该光栅为透射式闪耀衍射光栅，栅线及基体均为透明材料，如：透明胶、玻璃、石英、透明塑料等。
6、一种用于云纹干涉法的闪耀衍射光栅，其特征在于该光栅试件栅的制备工艺，是将塑料构件加热至软化点或处于高弹态温度后，将模板放在构件表面上进行压印，并缓慢冷却至室温的压印法。
7、一种用于云纹干涉法的闪耀衍射光栅，其特征在于该光栅试件栅的制备工艺，是将光栅模板压印在薄塑料片上，复制与模板波形相同的光栅片后，用常温固化胶将密栅片粘贴在构件表面上的贴片法。
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1985
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