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薄膜残余应力和表面杂质对变形镜疲劳寿命的影响

余霞 王家秋 张彬

余霞, 王家秋, 张彬. 薄膜残余应力和表面杂质对变形镜疲劳寿命的影响[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(9): 916002-0916002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0916002
引用本文: 余霞, 王家秋, 张彬. 薄膜残余应力和表面杂质对变形镜疲劳寿命的影响[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(9): 916002-0916002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0916002
Yu Xia, Wang Jiaqiu, Zhang Bin. Influence of thin-film residual stress and surface impurities on fatigue life of deformable mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(9): 916002-0916002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0916002
Citation: Yu Xia, Wang Jiaqiu, Zhang Bin. Influence of thin-film residual stress and surface impurities on fatigue life of deformable mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(9): 916002-0916002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0916002

薄膜残余应力和表面杂质对变形镜疲劳寿命的影响

doi: 10.3788/IRLA201948.0916002
基金项目: 

四川省科技计划资助项目(2018JY0553);科技部创新人才推进计划重点领域创新团队(2014RA4051);天津市薄膜光学重点实验室开放基金课题(KJWX170620)

详细信息
    作者简介:

    余霞(1992-),女,硕士生,主要从事光学薄膜元件热损伤、变形镜疲劳损伤等方面的研究。Email:yuxia0612@163.com

  • 中图分类号: TP273.2;O439

Influence of thin-film residual stress and surface impurities on fatigue life of deformable mirror

  • 摘要: 文中综合考虑变形镜(DM)薄膜残余应力和表面杂质的影响,采用ANSYS有限元分析软件建立了镀高反射膜系的变形镜应力分析模型,进而基于应力-寿命(S-N)曲线和Miner累积损伤理论,分析了波前校正过程中变形镜的疲劳损伤特性,并详细讨论了变形镜薄膜残余应力和不同尺寸的表面杂质对变形镜疲劳寿命的影响。研究结果表明,在热-机械耦合作用下,热效应的存在会加速变形镜的疲劳损伤。对于给定的待校正畸变波前,随着变形镜薄膜残余应力的增大,变形镜承受的动态循环载荷越强,其疲劳寿命越短,且残余应力主要对变形镜镜面疲劳寿命影响较大;而当变形镜薄膜残余应力一定时,畸变波前PV值越大,其表面应力越大,致使疲劳寿命也随之缩短。在强激光连续辐照下,当表面杂质大于一定尺寸时,变形镜疲劳寿命随着杂质粒子尺寸的增大而减小,而当杂质粒子尺寸较小时,则对变形镜的疲劳寿命影响不大。此外,薄膜残余应力的存在将进一步加剧表面杂质对变形镜的疲劳损伤。
  • [1] Ye Xiaowen, Ding Tao, Cheng Xinbin, et al. Contrastive investigation of the residual stress of SiO2 films prepared by electron beam evaporation in different relative humidity environments[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(3):713-717. (in Chinese)
    [2] Xiong Shengming, Zhang Yundong, Tang Jinfa. Dielectric coating for deformable mirrors used in COIL laser system[J]. High Power Laser Particle Beams, 2000, 12(1):1175-1180. (in Chinese)
    [3] Zhu Changchun, Zhao Hongpo, Han Jianqiang, et al. The residual stresses in MEMS thin films[J]. Micronanoelectronic Technology, 2003, 40(10):30-34. (in Chinese)
    [4] Miao Xinxiang, Yuan Xiaodong, Cheng Xiaofeng, et al. Thermal stress simulation of laser induced damage of fused silica by contamination on the surface[J]. Laser Technology, 2011, 35(2):285-288. (in Chinese)
    [5] Liu Zheng. Fatigue properties of Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si alloy produced by laser melting deposition[D]. Dalian:Dalian Jiaotong University, 2014. (in Chinese)
    [6] Kanchanomai C, Limtrakarn W. Effect of residual stress on fatigue failure of carbonitrided low-carbon steel[J]. Journal of Materials Engineering Performance, 2008, 17(6):879-887.
    [7] Luo Shuai, Chen Lixia, Zhang Bin. Influence of structural parameters of deformable mirror on its fatigue life[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(10):18-26. (in Chinese)
    [8] Gao Chunxue. Study of the distribution and control of stress in optical thin films[D]. Nanjing:Southeast University, 2015. (in Chinese)
    [9] Chen Lixia, Hu Xiaochuan, Zhang Bin, et al. Fatigue damage characteristics of deformable mirrors for wavefront correction[J]. Chinese Journal of Lasers, 2016, 43(11):1105002. (in Chinese)
    [10] Liu Yan, Jie Meng, Xie Haifeng, et al. Fatigue life of piezoelectric actuator used in resonance-type air pump[J]. Optics and Precision Engineering, 2013, 21(4):941-947. (in Chinese)
    [11] Wu Hao, Meng Yonggang, Su Caijun, et al. An out-chip method for measuring fatigue property of poly silicon thin film[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2006, 38(4):96-98+160. (in Chinese)
    [12] Liu Guangtong. Atmospheric dust fall source analysis in hohhot[D]. Hohhot:Inner Mongolia University, 2008. (in Chinese)
    [13] Hu Xiaochuan, Peng Jiaqi, Zhang Bin. Thermal distortion of deformable mirror and its influence on beam quality[J]. Chinese Journal of Lasers, 2015, 42(1):0120004. (in Chinese)
    [14] Li X D, Wang X N, Xiong Q H, et al. Mechanical properties of ZnS nanobelts[J]. Nano Letters, 2005, 5(10):1982-1986.
    [15] Wu Weibin, Dai Yifan, Guan Chaoliang, et al. Optimization design for transversal piezoelectric effect deformable mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(8):0818003. (in Chinese)
    [16] Peng Jiaqi, Hu Xiaochuan, Chen Lixia, et al. Effect of structural parameters of deformable mirrors on phase characteristics of high-power laser[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(5):0514001. (in Chinese)
    [17] Zhang Yaoping. The study on infrared thin film of deformable mirror[D]. Chengdu:Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, 2006. (in Chinese)
  • [1] 李国会, 杜应磊, 徐宏来, 向汝建, 吴晶, 谢川林, 周志强, 刘章文, 向振佼, 张秋实.  双变形镜对Yb:YAG板条激光器光束质量校正技术 . 红外与激光工程, 2022, 51(8): 20210800-1-20210800-11. doi: 10.3788/IRLA20210800
    [2] 张鹏辉, 赵扬, 李鹏, 周志权, 白雪, 马健.  基于有限元法的激光声磁检测系统优化研究 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210533-1-20210533-9. doi: 10.3788/IRLA20210533
    [3] 王嘉琦, 许良, 常亮.  利用变形镜抑制光纤模态噪声 . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20210763-1-20210763-7. doi: 10.3788/IRLA20210763
    [4] 严惠, 王霄, 梁绘昕, 田宗军, 谢德巧, 徐国建.  选区顺序对激光直接制造TC4残余应力及变形的影响 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 242002-0242002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0242002
    [5] 张兴权, 纪看看, 王会廷, 戚晓利, 陈彬, 童靳于, 方光武.  激光冲击圆杆曲面诱导的残余应力数值模拟 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 706004-0706004(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0706004
    [6] 徐洋洋, 周建忠, 谭文胜, 孟宪凯, 盛杰, 黄舒, 孙昀杰.  深冷激光喷丸强化2024-T351铝合金的表面力学性能 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1206002-1206002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1206002
    [7] 李紫慧, 王续跃.  金属复合板激光弯曲过程中翘曲变形数值模拟 . 红外与激光工程, 2018, 47(5): 506004-0506004(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0506004
    [8] 范占斌, 戴一帆, 铁贵鹏, 关朝亮, 宁禹, 刘俊峰.  横向压电驱动变形镜的迟滞特性及其闭环校正 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1020001-1020001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.1020001
    [9] 余霞, 徐娇, 张彬.  表面杂质和节瘤缺陷诱导薄膜元件热熔融损伤 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1243003-1243003(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1243003
    [10] 鞠恒, 林成新, 张佳琪, 刘志杰.  Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层残余应力模拟与测量 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1017009-1017009(10). doi: 10.3788/IRLA201777.1017009
    [11] 黄志伟, 张兴权, 章艳, 裴善报, 黄志来, 陈彬.  边界约束条件对薄板激光喷丸诱导残余应力和塑性变形的影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 806009-0806009(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0806009
    [12] 袁健, 沙巍, 任建岳.  空间相机用变形镜的支撑结构设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 718001-0718001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0718001
    [13] 张东阁, 傅雨田.  基于在线最小二乘支持向量机的变形镜建模与控制 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1118007-1118007(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1118007
    [14] 卞宏友, 雷洋, 李英, 杨光, 钦兰云, 王维, 韩双隆.  感应预热对激光沉积修复TA15钛合金显微组织和残余应力的影响 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 705003-0705003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0705003
    [15] 陈靖, 程宏昌, 吴玲玲, 冯刘, 苗壮.  多层GaN外延片表面热应力分布及影响因素 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1021001-1021001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1021001
    [16] 吴伟彬, 戴一帆, 关朝亮, 范占斌, 钟曜宇.  横向压电效应变形镜优化设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 818003-0818003(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0818003
    [17] Sekou Singare, 陈盛贵, 钟欢欢.  激光透射焊接聚碳酸酯的有限元分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(2): 206005-0206005(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0206005
    [18] 张耀平, 樊峻棋, 龙国云.  变形镜在激光辐照下热畸变有限元模拟 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1136002-1136002(5). doi: 10.3788/IRLA201645.1136002
    [19] 沈晓骏, 汪诚, 安志斌, 周留成, 赖志林, 王冠.  斜激光冲击对航空发动机风扇轴弯曲疲劳性能的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3548-3553.
    [20] 杨光, 丁林林, 王向明, 王华明, 钦兰云.  扫描路径对激光修复钛合金残余应力与变形的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2926-2932.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-11
  • 修回日期:  2019-05-21
  • 刊出日期:  2019-09-25

薄膜残余应力和表面杂质对变形镜疲劳寿命的影响

doi: 10.3788/IRLA201948.0916002
    作者简介:

    余霞(1992-),女,硕士生,主要从事光学薄膜元件热损伤、变形镜疲劳损伤等方面的研究。Email:yuxia0612@163.com

基金项目:

四川省科技计划资助项目(2018JY0553);科技部创新人才推进计划重点领域创新团队(2014RA4051);天津市薄膜光学重点实验室开放基金课题(KJWX170620)

  • 中图分类号: TP273.2;O439

摘要: 文中综合考虑变形镜(DM)薄膜残余应力和表面杂质的影响,采用ANSYS有限元分析软件建立了镀高反射膜系的变形镜应力分析模型,进而基于应力-寿命(S-N)曲线和Miner累积损伤理论,分析了波前校正过程中变形镜的疲劳损伤特性,并详细讨论了变形镜薄膜残余应力和不同尺寸的表面杂质对变形镜疲劳寿命的影响。研究结果表明,在热-机械耦合作用下,热效应的存在会加速变形镜的疲劳损伤。对于给定的待校正畸变波前,随着变形镜薄膜残余应力的增大,变形镜承受的动态循环载荷越强,其疲劳寿命越短,且残余应力主要对变形镜镜面疲劳寿命影响较大;而当变形镜薄膜残余应力一定时,畸变波前PV值越大,其表面应力越大,致使疲劳寿命也随之缩短。在强激光连续辐照下,当表面杂质大于一定尺寸时,变形镜疲劳寿命随着杂质粒子尺寸的增大而减小,而当杂质粒子尺寸较小时,则对变形镜的疲劳寿命影响不大。此外,薄膜残余应力的存在将进一步加剧表面杂质对变形镜的疲劳损伤。

English Abstract

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