一种红外光学材料应力测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于红外光学材料测试技术领域，涉及一种红外光学材料应力测试装置及其测试方法。本发明通过设计红外光学材料应力测试装置，使不透可见光的红外光学材料应力能够可视并能测量，特别是透过波段在0.78-25 μ m的不透可见光红外材料的应力测试。通过对该材料的应力测试对材料的制造、加工、镀膜和使用起到重要的作用。
【背景技术】
[0002]通常情况下，光学材料由于在制造过程中因降温热历史不同使得原本各向同性的玻璃材料产生内应力。当一束偏振光照射到有内应力存在的玻璃材料时，可将偏振光分解为两束振动方向相互垂直的O光和e光，因两者折射率不同，且存在相位差(也称:光程差)，故此现象称为应力双折射现象。因此，目前都采用偏振光来测试玻璃材料的内应力。光程差的量值大小直接反映了光学材料内部应力存在的严重程度，应力过大则不利于光学玻璃制品的冷加工，由应力双折射引起的光程差在光学玻璃通光面上各处都存在差异，显示了光学材料内部应力分布的不均匀，从而可以影响光学成像质量。
[0003]随着社会的发展，红外热成像技术在天网监视、安防、汽车及武器装备中的应用越来越广泛，锗单晶、硅单晶、硫系玻璃和多晶硅等红外材料的应用逐步向民用热成像系统、红外夜视仪的应用扩展，导致Ge单晶、硫系玻璃等不透可见光的光学元器件的用量飞速增长，因此稳定生产、加工成为降低成本制约因素。而该类材料具有较大的热膨胀系数，较高的应力就会使玻璃在冷加工过程中产生炸裂，此外元器件中有应力存在，同样影响热成像质量。由于该类材料属于不透可见光的红外光学材料，现有的偏光应力仪(测试波长为565nm)不能满足该类材料的应力测试。而随着高性能光学系统对高均匀性红外光学材料的需求，设计制作不透可见光红外光学材料的应力测试装置显得尤为重要，实现不透可见光的红外光学材料内应力可视测试方法的设计并制造相应装置，不仅可以满足不透可见光红外光学材料的应力测试要求，而且根据测试后的应力值来调整退火工艺从而达到预期应力标准，从而保证材料生产的稳定和后续精密加工不炸裂，提高镀膜的牢固性，有效解决高性能红外系统的需求，达到快速推广市场目的。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是设计并提供一种测量红外光学材料的应力测量装置及测试方法，特别适合不透可见光红外光学材料的测试装置，可以定量测定红外光学材料的应力大小。本发明具有操作方便、性能可靠、测试效率高等特点。本发明的设计能够实现不透可见光的红外光学材料的应力测试，从而可以进一步优化该类材料的生产工艺，使娃、错晶体、硫系玻璃等不透可见光红外光学材料批量生广技术进一步提闻，为生广出更闻品质的产品奠定了基础，满足红外成像系统高清晰成像质量的需求。
[0005]本发明红外光学材料应力测试装置的技术解决方案是:一种红外光学材料应力测试装置，其特征在于:由红外光源、红外光学系统、信号接收系统、计算机采集处理显示系统、测试平台五部分构成；其中，红外光源为发射光谱为近、中红外的点光源、线光源或面光源；红外光学系统由黑色玻璃、准直透镜、红外起偏镜、试样平台、1/4波片、红外检偏镜组成；红外光源、准直透镜、黑色玻璃、红外起偏镜依次固定在测试平台一端的壳体内，构成信号发出装置，准直透镜为凸透镜，红外光源位于准直透镜的焦点上，当光源发出的光波经过准直透镜后将会准直为平行光；试样平台间隔设置在信号发出装置之后的测试平台上；1/4波片、红外检偏镜分别固定在标有刻度的波片转动装置和检偏镜转动盘上，间隔设置在试样平台之后的测试平台上，1/4波片面向试样平台，其主要作用是将通过存在应力试样后的椭圆偏振光转换成线偏振光，红外检偏镜需要能透过红外光源发出的光线，当待测红外材料中存在应力时，经过转换后的线偏振光会发生偏移，当转动红外检偏镜到一定位置后，会接受到1/4波片转换后的线偏振光，这样根据红外检偏镜转动的角度就可以计算所测红外材料中存在的应力大小；信号接收系统由红外传感器、低温恒温器，控制红外传感器的电子装置，红外传感器输出信号的模拟-数字处理的电子装置，同步和数字信号处理的电子装置和电源组成，位于测试平台的另一端，用于接受通过红外光学系统出射的红外辐射能量，然后通过计算机采集处理显示系统显示在计算机屏幕上，信号接收系统的作用是将红外辐射信号转化为电子信号，从而观察和记录其表面上的温度变化，转换是通过行间转换和间行扫描红外传感器，借助物镜将观察到的图像投影显示在成像传感器表面上，当红外检偏器接受的红外线偏振光信号传递到红外成像传感器上，该红外成像传感器的作用是将红外辐射信号转化为电子信号，根据所测试样的通光波段选择使用近、中红外成像传感器，信号接收系统的电子装置对红外传感器输出信号进行放大、处理，并将其转换成电视视频信号，以及用于输送到电子计算机中的数字信号，因此该红外应力测试装置主要是借助红外成像传感器，将记录的辐射分布信号转化为温度分布信号，通过计算机中的软件处理来实现应力图像可视的；计算机采集处理显示系统通过光缆与信号接收系统连接，其中显示器应与红外成像传感器匹配，其对比度应优于1000:1，分辨率应优于1280 X 1024，将信号接收系统输出信号转换成视频信号和数字信号通过光缆输入到电子计算机中，同时其图像可以显示在计算机显示器上面，借助信号接收系统位移的螺旋机构(对焦)，同时利用光学反差，借助glass, exe软件程序，记录辐射分布转化为温度分布的图像，从而在显示器屏幕上得到更加清晰的图像。
[0006]本发明红外光学材料应力测试装置的技术解决方案中所述的测试平台7表面平整，红外光源、红外光学装置、试样平台和信号接收系统处于同一轴线上。
[0007]发明红外光学材料应力测试装置的技术解决方案中所述的红外光源选用单一波长的红外激光二极管或红外氦氖激光光源，其发射光谱λ=1300ηπι或λ=3390ηπι，输出功率为 50mW。
[0008]本发明红外光学材料应力测试装置的技术解决方案中所述的试样平台采用可以旋转的平台结构，这样通过调整可以保证待测试样处于测试光通面的中心。
[0009]本发明红外光学材料应力测试装置的技术解决方案中所述的黑色玻璃是表面经过精磨处理的并可滤除可见光的毛玻璃，为截止滤光毛玻璃，其作用:一是滤除可见光，提高红外信号的敏感度，通常选用波截止波长不小于0.78 μ m的截止滤光玻璃，这样会将可见波段光辐射滤除；二是起到漫射屏的作用，将红外点光源漫射成均匀的红外面光源。
[0010]本发明红外光学材料应力测试装置的技术解决方案中所述的波片转动装置和检偏镜转动盘的最小刻度值为1°，最大可测量范围为180°，并可分别带动1/4波片和检偏镜旋转一定的角度。
[0011]本发明红外光学材料应力测试装置的技术解决方案中所述的红外起偏镜和红外检偏镜为采用透红外材料制成的光学镜头，这样可以保证红外光源发出的光线能够通过。红外起偏镜主要作用是将红外光源发出的光线转换成线偏振光，当线偏振光照射到待测试样后，如果材料中存在应力双折射，光线就会变成椭圆偏振光。
[0012]本发明红外光学材料应力测试装置的技术解决方案中所述的红外传感器为近红外InGaAs传感器、硅矩阵感光片、InAsPSb, InAs、PbS、CdS、CdSe可接受光源透过波长的探测器。
[0013]本发明红外光学材料应力测试方法的技术解决方案是:一种米用红外光学材料应力测试装置的测试方法，其特征在于包括以下工艺步骤:
⑴、将加工好的红外光学材料样品放在试样平台上，旋转试样平台使试样处于光面的中部位置；
⑵、旋转红外检偏镜的旋转盘零位与刻度盘零位对齐，观测计算机显示器上视野最亮点即为应力最大点；<