光学元器件加工知识与LIBS微观原理汇总

磁流变液(Magnetorheological Fluid , 简称MR流体)属流动性可控的新型流体,是智能材料中研究较为活跃的一支。在外部无磁场时呈现低粘度的牛顿流体特性。在外加磁场时呈现为高粘度、低流动性的宾汉流体(Bingham)。液体的粘度大小与磁通量存在对应关系。这种转换能耗低、易于控制、响应迅速(毫秒级)。 [1]

现今对磁流变效应现象的解释多采用磁畴理论,即把磁性颗粒当成磁性单元体,邻近单元体间通过强交换耦合作用致使粒子磁矩成列,逐渐产生磁化饱和区域,即磁畴。

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内,彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端,受光器的引脚为输出端,常见的发光源为发光二极管,受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多,常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。(外形有金属圆壳封装,塑封双列直插等)。

宾汉流体指一种最早由尤金·宾汉提出的粘弹性非牛顿流体. 其流动性为线性。此流体只有在达到一个最小剪应力τ0的临界值才开始流动. 低于此临界值 τ0宾汉流体表现为普通的弹性体.

宾汉流体(也称宾汉塑性流体或宾汉塑料),是非牛顿流体的一种,通常是一种粘塑性材料,在低应力下,它表现为刚性体,但在高应力下,它会像粘性流体一样流动,且其流动性为线性的。牙膏是宾汉流体的典型例子,需要有一定的压力作用在牙膏上,才挤出牙膏。

磁流变液主要由分散颗粒 ——分散质 、基液 ——分散介质 、添加剂 (稳定剂)组成。

离子束修形(Ion Beam Figuring,IBF)的过程是基于微观尺度上的粒子碰撞,即产生"级联碰撞"的结果,通过优化其工艺流程(能量、方向),可对级联碰撞粒子的运动进行一定程度的控制。在离子束修形IBF过程中(如图1),一束聚焦的离子束在样品表面上进行光栅扫描。为了消除表面误差,计算出一个停留时间矩阵,其中考虑到了离子束成型中的静电去除轮廓和整体测量的表面误差,矩阵被进一步转换为一个由多轴系统组成对应的复杂定位系统的局部速度图。

通过引入非轴对称、不规则、复杂的曲面,自由曲面镜片摆脱了传统镜片在高度数下,视场窄,周围变形、模糊的弊端。

四波段共光轴成像系统可用于实时获取场景多波段动态图像序列,既可作为四波段图像数据集,用于训练基于学习的多波段图像配准、融合、目标识别等算法;也可以将各波段信息融合为不同的自然感彩色融合图像,以色彩差别突出不同波段的信息差异,有利于人眼快速地进行目标探测与识别;利用中波和长波红外图像还可重构场景温度图像,实时监控目标场景时空域的温度信息,可用于电力系统监控、火灾预警等。

1971年,美国Itek公司A. J. MacGovern 和J. C. Wyang提出在干涉测量中使用计算全息(Computer Generated Holograms, CGH)对非球面进行检测,随后该技术在高精度光学元件检测(非球面、自由曲面、柱面镜等)中得到了广泛的应用。

当利用干涉原理对被测面的面形进行检测时,需要一个与其匹配的参考面。通常干涉仪厂家只会提供标准平面镜头和球面镜头,因此只能对平面或球面进行直接测量,无法对非球面、自由曲面、柱面等直接干涉测量。这时候就需要用到补偿器对波前像差进行补偿。

计算全息图(CGH)属于补偿器件的一种。与传统的 Dall 补偿器和 Offner补偿器补偿不同,CGH 属于衍射光学元件,利用光的衍射效应实现对被测光学元件像差补偿。

热力学系统:由大量微观粒子组成的宏观物质系统。

热力学平衡状态是指在不受外界作用的条件下,系统能够长久保持而不会发生变化的一种热力学状态。 或者说,在不受外界作用的条件下,系统宏观热力性质不随时间而改变的状态。 “不受外界作用”指的是不与外界发生传热以及不发生功的交换。 处于平衡状态的热力系,各处应具有均匀一致的温度、压力等参数。

单相系:如果一个系统各部分的性质是完全一样的,则称该系统为“单相系”;

复相系:如果一个系统可以分为若干个均匀的部分,则称该系统为“复相系”,每个均匀的部分称为一个相

对于气态原子(或离子、分子)的激发的电离,如果单位时间离开某一能级的重离子数等于到达此能级的该种粒子数,并且由某一过程到达此能级的粒子数与其反过程离开此能级的粒子数均相等,这一体系就是完全热平衡体系,也称详细平衡体系。在光谱分析中,由于光源或原子化器、离子化器中存在向体系外的发射或吸收辐射能的状况,所以它们都不是完全热平衡体系,最多只是局部热力学平衡。

LTE条件下,电子温度和重粒子(原子和离子)温度是否不同?

对于气态原子(或离子、分子)的激发的电离,如果单位时间离开某一能级的重离子数等于到达此能级的该种粒子数,并且由某一过程到达此能级的粒子数与其反过程离开此能级的粒子数均相等,这一体系就是完全热平衡体系,也称详细平衡体系。在光谱分析中,由于光源或原子化器、离子化器中存在向体系外的发射或吸收辐射能的状况,所以它们都不是完全热平衡体系,最多只是局部热平衡(local thermal equilibrium,LTE)体系。(电子密度够高,使等离子体保持局部热平衡)

局部热平衡体系具有如下特征:
1.体系具有统一的温度,即Tg=Texc=Te=Tion=T,这里Tg是气体动力学温度,也是分子温度、离解温度,Texc是激发温度,Tion是电离温度,Te是电子温度;
2.分子的离解服从质量作用定律:
MX=M+X
3.原子电离服从Saha热电离方程:
M+e=M++2e
4.原子或离子的激发服从Boltzmann方程;
5.辐射服从Planck辐射定律。

在激光烧蚀材料表面的过程中,当激光的功率密度达到一定阈值,就会产生等离子体,具体的微观机理可以分作两步:

第一步,当激光照射于金属表面时,表面附近的电子将通过逆韧致复合吸收光子,这些吸收了能量的电子又通过与声子相互作用将其吸收的能量传给金属晶格。电子被加热的过程与晶格的能量传递过程都是在几个皮秒的时间内完成的,因而电子温度和晶格的振动温度上升非常快,最终导致晶格内键的断裂,表现出金属的汽化、爆炸等现象。

第二步,烧蚀后的初始产物和激光在材料表面附近发生相互作用,导致蒸发出来的物质继续加热、电离。这个过程包括三个效应:自由电子吸收激光辐射的能量,不断与原子、分子碰撞电离,又产生新的自由电子,继续碰撞、电离,不断循环,引发雪崩式的电离:荷能离子与原子、分子发生碰撞时,引发电离;激发态的原子和分子基团发生光电离。

简单总结:激光深熔焊过程中,当入射激光的能量密度足够大,可以使得金属汽化,并在熔池中形成匙孔。与此同时,金属表面和匙孔内喷出的金属蒸气以及保护气体的一部分自由电子通过吸收激光能量而被加速,动能增大,会碰撞蒸气粒子和保护气体使其发生链式反应,从而大量电离,由此在匙孔上方形成致密等离子体,这层致密的等离子体会对激光焊接过程有较大影响。