摘要
熔融石英微半球谐振陀螺具有体积小、精度高、能耗低、寿命长等优点，具有广阔的应用空间，石英微半球谐振子是陀螺的核心部件，品质因数是谐振子的重要性能指标，体现了陀螺的能量耗散程度，影响陀螺的机械灵敏度。本文通过理论仿真分析石英微半球谐振子品质因数的影响机制，利用实验验证表面缺陷与谐振子品质因数的相关性，通过改进飞秒激光加工后腐蚀工艺以及利用后处理工艺提升微半球谐振子的品质因数。具体工作如下: （1）石英微半球谐振子品质因数的理论、仿真分析与实验验证。分析了影响品质因数的3种损耗机制，研究各损耗机制的影响因素，并建立损耗机制的仿真模型，指出影响最大的损耗形式为表面损耗。通过腐蚀工艺实验，验证了表面形貌与谐振子的品质因数存在显著相关性，为后续谐振子切割释放工艺提供理论基础。 （2）改进腐蚀工艺提升表面质量。谐振子采用飞秒激光改性后腐蚀工艺进行切割释放，为了得到更好的释放断面质量，减少表面缺陷，改进腐蚀工艺。通过改变腐蚀液种类、浓度、温度、超声频率和超声功率等参数，观察断面粗糙度以及陡直度的变化，选择较优的腐蚀工艺参数，优化后的切割面粗糙度低至328 nm,陡直度89.7°,有助于谐振子品质因数的提升。 （3）提高飞秒激光改性释放效率和加工断面质量。通过飞秒激光光束整形方法，研究合适的激光加工参数并应用于谐振子切割释放，切割释放效率提升5倍，粗糙度降至189nm,谐振子品质因数1.97×105。利用热处理工艺进一步提升表面质量，将谐振子断面粗糙度降低至45nm，品质因数由1.97×105提升至3.99×105。
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