一些在庫房保存良好的老鏡頭，在多年后拿出來拍攝的照片會比當(dāng)年新鏡頭時的成像質(zhì)量更好。深究這里面的一個重要原因——那就是透鏡的應(yīng)力釋放。

 內(nèi)應(yīng)力，是指當(dāng)外部荷載去掉以后，仍殘存在物體內(nèi)部的應(yīng)力。它是由于材料內(nèi)部宏觀或微觀的組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。光學(xué)透鏡在制造過程中也會因溫度變化、機械加工或材料不均勻性（材料內(nèi)部的氣孔，雜質(zhì)等缺陷）導(dǎo)致內(nèi)部殘余應(yīng)力。

具體來說，透鏡的內(nèi)應(yīng)力主要來源于以下幾點：

• 熱應(yīng)力：熔融玻璃冷卻時，內(nèi)外溫差導(dǎo)致收縮不均（如快速冷卻時表面與中心溫差可達200°C以上）。

• 機械應(yīng)力：切割、拋光等工序施加的外力（典型拋光壓力為0.1-0.3 MPa）。

• 材料缺陷：雜質(zhì)或氣泡（直徑>50 μm時應(yīng)力集中顯著）。

透鏡的殘存內(nèi)應(yīng)力會改變玻璃內(nèi)部的分子排列，使得光線在通過透鏡時發(fā)生雙折射現(xiàn)象。即光線在透鏡內(nèi)部被分解成兩束振動方向相互垂直、傳播速度不同的光，從而導(dǎo)致透鏡的光學(xué)性能下降。內(nèi)應(yīng)力還會引發(fā)透鏡折射率分布不均，會導(dǎo)致波前畸變（如應(yīng)力雙折射可達10 nm/cm以上），嚴(yán)重影響光學(xué)系統(tǒng)性能。

為了解決透鏡的殘存內(nèi)應(yīng)力，我們需要使用一些特殊的工藝手段，從設(shè)計端材料的選擇，退火處理，加工輔料的選擇等方面來實現(xiàn)。

1. 退火工藝改進

我們知道，在其他硬件比如金屬材料，在消除內(nèi)應(yīng)力時需要做退火處理，透鏡其實也一樣，需要通過退火工藝來保證其消除加工中殘存的內(nèi)應(yīng)力。

• 溫度控制：采用階梯式降溫，如從玻璃轉(zhuǎn)化溫度（約550°C）以2-5°C/min速率降至室溫（參考標(biāo)準(zhǔn)ISO 10110-12）。

• 保溫時間：根據(jù)厚度調(diào)整，例如10 mm厚透鏡需保溫8-12小時。

• 設(shè)備選擇：推薦使用程序控溫退火爐（精度±1°C）。

2. 機械加工改進

• 低應(yīng)力拋光：使用柔性拋光墊（如聚氨酯材料）配合氧化鈰拋光液（粒徑≤1 μm）。

• 切割技術(shù)：激光切割（脈寬10 ps級）比機械切割減少應(yīng)力30%以上（數(shù)據(jù)來源：SPIE 2021報告）。

3. 材料與鍍膜技術(shù)

• 低應(yīng)力玻璃：選用Schott N-BK7等低膨脹系數(shù)材料（α=7.1×10??/K）。

• 離子束輔助鍍膜：膜層應(yīng)力可控制在<100 MPa（傳統(tǒng)蒸發(fā)鍍膜應(yīng)力通常為300-500 MPa）

當(dāng)然，所有材料的殘存應(yīng)力也會隨著歲月的消逝而慢慢消逝，隨著內(nèi)應(yīng)力的消逝，透鏡的光學(xué)特性會比剛加工出來時更好，這也是造成保存好的老鏡頭相比其之前成像效果好的一個主要原因。

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