光學(xué)元件壓力加載
很多情況下,光學(xué)元件必須承受一定的壓力。一方面承受一定壓力的光學(xué)元件必須有足夠的厚度才不致于在加載壓力時發(fā)生破裂。另一方面,由于厚度增加會使光學(xué)元件的透射性能下降,光學(xué)元件成本增加。因此,出于光學(xué)性能和成本方面的考慮,最好是盡量減小其厚度。
下面列出的公式將介紹如何計算出承受一定壓力的光學(xué)元件所需的厚度。
在計算時,我們假設(shè)光學(xué)窗口邊緣由光學(xué)法蘭從下部支撐,上表面處于釋放狀態(tài)。這里沒有包括會影響某些特定應(yīng)用場合所需厚度的一些重要因素,比如:
安裝法蘭的大小 ; 由安裝或密封產(chǎn)生的應(yīng)力 ; 法蘭夾持應(yīng)力 ; 法蘭平整度 ; 熱膨脹應(yīng)力 ;振動效應(yīng) ; 壓力循環(huán)或突增 ; 熱沖擊熱循環(huán) ; 安裝表面的硬度 ; 安裝表面的粗糙度 ;光學(xué)元件邊緣的粗糙度 ; 所要滿足的光學(xué)指標(biāo) 。
由于不可能把所有這些因素都包括在分析中,最常見的做法是在公式中加入“安全系數(shù)”,這將使計算厚度增加到足以應(yīng)付大多數(shù)應(yīng)用的程度。這將得出下列公式:
一圓形窗口,其最小厚度為:
T :厚度(mm);
R :無支撐部分圓圈半徑(mm);
P :壓力(g/mm2);
S :安全系數(shù),(安全系數(shù)4,通?梢员WC大多數(shù)安全應(yīng)用);
M :斷裂模數(shù),(g/mm2)。
二長方形窗口,其最小厚度為
T :厚度(mm);
X :無支撐長度(mm);
Y :無支撐寬度(mm);
P :壓力(g/mm2);
S :安全系數(shù),(安全系數(shù)4,通常可以保證大多數(shù)安全應(yīng)用);
M :斷裂模數(shù),(g/mm2)。
單位換算:
1磅=0.4535924kg; 1英寸=25.4mm; 1磅/英寸2(psi)=0.703g/mm2
1磅/英寸2(psi)=0.006895兆帕(MPa)=0.0703千克/厘米2(kg/cm2)=0.0689巴(bar)=0.068大氣壓(atm);
1兆帕(MPa)=145磅/英寸2(psi)=10.2千克/厘米2(kg/cm2)=10巴(bar)=9.8大氣壓(atm)
常用材料的斷裂模數(shù)M值
硒化鋅:8000psi; 硫化鋅:15000psi;多光譜硫化鋅:10000psi;鍺:13500psi;砷化鎵:20000psi .