Determination of Critical Values for Parameters of Electron Beam Microprocessing of Optical Plates with Double Curvature

Abstract

The widespread use of electron beam technology in optoelectronic instrumentation is constrained by the limited data on the critical values of the parameters of the electron beam (density of thermal effect of the beam, the time of this effect, etc.) on the optical elements of devices of various geometric shapes (flat, rectangular and curvilinear elements, etc.), the excess of which leads to the destruction of their surface layers (the appearance of cracks, chips, cavities, violation of surface flatness, etc.). Currently, the ranges of change for these parameters for flat plates, rectangular bars, cylindrical and spherical elements have been determined. However, the studies mentioned are absent for optical elements in the form of plates of double curvature, widely used in integral and fiber optics, microoptics and other areas of optoelectronic instrumentation. The work is devoted to the development of mathematical models of the thermal effect of an electron beam on optical elements in the form of plates of double curvature, that allow with a relative error of 5... 7 % to determine the critical ranges of changes in its parameters (density of thermal effect, time of its action), the excess of which leads to a deterioration in the physical and mechanical properties of the surface layers in the elements up to their destruction. This allows to prevent possible deterioration of technical and operational characteristics at the stage of manufacturing devices with the usage of electron beam technology.

Широке використання електронно-променевої технології у оптико-електронному приладобудуванні стримується обмеженістю даних про критичні значення параметрів електронного променю (густини теплового впливу променю, часу цього впливу та ін.) на оптичні елементи приладів різної геометричної форми (плоскі, прямокутні та криволінійні елементи та ін.), перевищення яких призводить до руйнування їх поверхневих шарів (поява тріщин, відколів, западин, порушення площинності поверхні та ін.). На даний час визначено діапазони зміни вказаних параметрів для плоских пластин, прямокутних брусків, циліндричних та сферичних елементів.Однак вказані дослідження відсутні для оптичних елементів у вигляді пластин двоякої кривизни, широко використовуваних у інтегральній та волоконній оптиці, мікрооптиці та інших направленнях оптико-електронного приладобудування. Робота присвячена розробленню математичних моделей теплового впливу електронного променю на оптичні елементи у вигляді пластин двоякої кривизни, що дозволяють з відносною похибкою 5…7 % визначати критичні діапазони зміни його параметрів (густини теплового впливу, часу його дії), перевищення яких призводить до погіршення фізико-механічних властивостей поверхневих шарів елементів аж до їх руйнування. Це дозволяє на стадії виготовлення приладів з використанням електроннопроменевої технології попереджати можливі погіршення їх техніко-експлуатаційних характеристик.