热-机械耦合作用下黏结材料对变形镜应力特性的影响

王家秋; 罗帅; 张彬

doi:doi:10.3788/LOP55.030104

激光与光电子学进展, 2018, 55 (3): 030104, 网络出版: 2018-09-10

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Influence of Adhesive Materials on Stress Characteristics of Deformable Mirrors Under Thermo-Mechanical Coupling

王家秋罗帅张彬 ^*

作者单位

四川大学电子信息学院, 四川成都 610065

图 & 表

图 1. (a)变形镜结构;(b)变形镜有限元模型

Fig. 1. (a) Structure of DM; (b) finite element model of DM

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图 2. 热-机械耦合作用下应力分析流程图

Fig. 2. Flow chart of stress analysis under thermal-mechanical coupling

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图 3. 无黏结材料时的(a)畸变波前和(b)变形镜拟合面形

Fig. 3. (a) Distorted wavefront and (b) fitting surface shape of DM without adhesive material

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图 4. 无黏结材料时热-机械耦合作用下的变形镜应力分布云图。(a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 4. Stress distribution nephograms of DM under thermal-mechanical coupling without adhesive material. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

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图 5. 有黏结材料时变形镜的拟合面形

Fig. 5. Fitting wavefront of DM with adhesive material

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图 6. 有黏结材料时变形镜的应力分布云图。 (a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 6. Stress distribution nephograms of DM with adhesive material. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

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图 7. 使用Ⅱ号材料时变形镜的应力分布云图。 (a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 7. Stress distribution nephograms of DM with adhesive material Ⅱ. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

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图 8. 使用Ⅲ号材料时变形镜的应力分布云图。 (a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 8. Stress distribution nephograms of DM with adhesive material Ⅲ. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

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图 9. 使用不同黏结材料时胶层厚度对变形镜的最大应力值的影响

Fig. 9. Effect of adhesive layer thickness on maximum stress value of DM with different adhesive materials

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表 1变形镜材料的热物理参数

Table1. Thermo-physical parameters of DM

Material	Density /(kg·m^-3)	Specificheat /(J·kg^-1·K^-1)	Heatconductivity /(W·m^-1·K^-1)	Thermalexpansioncoefficient /(10^-6 K^-1)	Young'smodulus /GPa	Poisson'sratio
Si	2329	703	146.000	4.20	131.00	0.28
YbF₃	8150	361	0.051	18.90	75.79	0.28
ZnS	4080	1927	0.190	7.10	74.50	0.29
Material Ⅰ1570	1000	0.850	3.000	120.00	0.28
Material Ⅱ	2000	960	0.850	5.32	48.00	0.30
Material Ⅲ	1570	972	0.720	30.00	126.00	0.33

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表 2使用不同黏结材料时的变形镜形变范围和最大应力

Table2. Maximum stress and deformation range of DM with different adhesive materials

Type of material	Deformation range ofDM /μm	Maximum stress in frontsurface of DM /MPa	Maximum stress inrear surface of DM /MPa
Ⅰ	-6.23-4.36	12.00	33.60
Ⅱ	-6.19-4.35	11.90	22.70
Ⅲ	-6.05-4.54	12.10	57.90

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王家秋, 罗帅, 张彬. 热-机械耦合作用下黏结材料对变形镜应力特性的影响[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(3): 030104. Jiaqiu Wang, Shuai Luo, Bin Zhang. Influence of Adhesive Materials on Stress Characteristics of Deformable Mirrors Under Thermo-Mechanical Coupling[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(3): 030104.

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图 1. (a)变形镜结构;(b)变形镜有限元模型

Fig. 1. (a) Structure of DM; (b) finite element model of DM

图 2. 热-机械耦合作用下应力分析流程图

Fig. 2. Flow chart of stress analysis under thermal-mechanical coupling

图 3. 无黏结材料时的(a)畸变波前和(b)变形镜拟合面形

Fig. 3. (a) Distorted wavefront and (b) fitting surface shape of DM without adhesive material

图 4. 无黏结材料时热-机械耦合作用下的变形镜应力分布云图。(a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 4. Stress distribution nephograms of DM under thermal-mechanical coupling without adhesive material. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

图 5. 有黏结材料时变形镜的拟合面形

Fig. 5. Fitting wavefront of DM with adhesive material

图 6. 有黏结材料时变形镜的应力分布云图。 (a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 6. Stress distribution nephograms of DM with adhesive material. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

图 7. 使用Ⅱ号材料时变形镜的应力分布云图。 (a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 7. Stress distribution nephograms of DM with adhesive material Ⅱ. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

图 8. 使用Ⅲ号材料时变形镜的应力分布云图。 (a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 8. Stress distribution nephograms of DM with adhesive material Ⅲ. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

图 9. 使用不同黏结材料时胶层厚度对变形镜的最大应力值的影响

Fig. 9. Effect of adhesive layer thickness on maximum stress value of DM with different adhesive materials

表 1变形镜材料的热物理参数

Table1. Thermo-physical parameters of DM

表 2使用不同黏结材料时的变形镜形变范围和最大应力

Table2. Maximum stress and deformation range of DM with different adhesive materials

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图 4. 无黏结材料时热-机械耦合作用下的变形镜应力分布云图。(a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

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图 5. 有黏结材料时变形镜的拟合面形

Fig. 5. Fitting wavefront of DM with adhesive material

图 6. 有黏结材料时变形镜的应力分布云图。 (a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 6. Stress distribution nephograms of DM with adhesive material. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

图 7. 使用Ⅱ号材料时变形镜的应力分布云图。 (a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 7. Stress distribution nephograms of DM with adhesive material Ⅱ. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

图 8. 使用Ⅲ号材料时变形镜的应力分布云图。 (a)前表面;(b)后表面;(c)最大应力处

Fig. 8. Stress distribution nephograms of DM with adhesive material Ⅲ. (a) Front surface; (b) rear surface; (c) position at maximum stress

图 9. 使用不同黏结材料时胶层厚度对变形镜的最大应力值的影响

Fig. 9. Effect of adhesive layer thickness on maximum stress value of DM with different adhesive materials

表 1变形镜材料的热物理参数

Table1. Thermo-physical parameters of DM

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