Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
350' Рис. 13.5. Сканирующий интерферометр Тваймана — Грина для контроля оптических поверхностей [2]:
I — контролируемая поверхность; 2— апланатическая приставка; 3—анализатор; 4— камера; 5 — аттенюатор; 6 — полуволновая пластина; 7 — лазер; 8 — транслятор; 9 — эталонное зеркало; 10— четвертьволновая пластина; И —поляризационный светоделитель
широком диапазоне разностей длин путей двух его плеч и позволяет ограничить длину эталонной ветви.
Обработка поверхностей и окончательный контроль элементов могут включать и аттестацию малоотражающих или просветленных поверхностей, а это требует экономичного использования имеющегося света, так как коэффициенты отражения могут иметь значения меньше 1%- Оптимальным решением проблемы экономии света в таких условиях является применение поляризующего светоделителя (ПСД).
После поляризованного лазерного источника расположена полуволновая пластина, вращение которой обеспечивает линейную поляризацию падающего света под углом 0, к вертикали и разделение интенсивности /о между контролирующим и эталонным плечами интерферометра
AtOHT = 1O sin 6,; /эталои=/0С°5 6,. (13.24)
Эти два сигнала дважды проходят четвертьволновые пластины, поворачивающие их плоскости поляризации на 90°, и в результате без потерь попадают в ветвь наблюдения. Важной особенностью ПСД в сочетании с четвертьволновой пластиной является то, что свет, отраженный всеми поверхностями перед последней поверхностью каждой волновой пластины, не пропускается им в плечо наблюдения. Если компоненты в обоих плечах имеют различную поляризацию, интерференция не возникает. Анализатор в плече наблюдения выделяет эти составляющие из двух ортогонально поляризованных пучков. Ориентация анализатора 0д относительно вертикали управляет относительной эффективностью отраженных пучков в направлении общей поляризации и тем самым определяет контрастность полос, которая достигает максимума при равной интенсивности пучков. Если зеркало в эталонном плече имеет ко-
33-1 эффициент отражения, равный единице, а зеркало в контролирующем плече — R, то для выполнения указанного выше условия необходимо
RZkoiit COSeA = /эталон Si" бЛ'" (13.25)
0A=tg~"! (Rig 0/). (13.26)
Детектируемый сигнал достигает максимума, если углы поляризации падающего света 6/ и анализатора 0А удовлетворяют соотношению
^A=Ig-1VR=Y(13-27)
Отсюда максимальная интенсивность сигнала составит
/тах = Л>Я/(1 + Д)- (13,28)
Этот результат особенно существен для малых значений R. Сравнивая значение /max, ПОЛуЧЄННОЄ С ПОМОЩЬЮ ПСД, C Imах, ДОСТИ-гаемым с непоглощающим неполяризованным светоделителем (р/т=50/50), можно отметить, что при R-*-0 в первом случае света будет больше в 4 раза, а при R-*-1 —в 2 раза. Для минимизации потерь света углы 8/ и 0л должны быть связаны с коэффициентомЕ отражения контролируемой поверхности соотношением (13.27).
13.3.2. Погрешности системы
В интерферометрии обычно предполагается, что все оптические компоненты интерферометров идеальны и их погрешностями пренебрегают по сравнению с погрешностями контролируемого элемента. Однако реально интерферограмма представляет собой дифференциальное топографирование контролируемого образца совместно с погрешностями самого интерферометра и другими факторами. Из-за этого к качеству оптических деталей предъявляют жесткие требования или проводят специальную интерпретацию интер-ферограмм.
Появление цифровой вычислительной техники с достаточным объемом памяти для хранения изображения волнового фронта сделало практически возможным компенсацию предварительно определенных погрешностей интерферометра, тем самым значительно снижая требования к точности узлов прибора. Например, если волновой фронт контролируемой поверхности запомнить, а затем вычесть из волнового фронта, полученного от эталона того же радиуса, то погрешность контролируемой поверхности можно измерить при наличии больших погрешностей в оптических элементах интерферометра. Если, однако, радиусы эталонной и контролируемой поверхностей не одинаковы, необходимо учитывать изменение формы волнового фронта при прохождении расстояния,, равного их разности. Сказанное приводит к заданию общей погрешности поверхностей деталей интерферометра меньше 1л в то
332' время, как на результирующий волновой фронт в большинстве стандартов установлена погрешность А,/100. Ясно, что погрешность л/100 не может быть обнаружена на фоне погрешности 1Я в интерферометре без непосредственного вычитания волнового фронта.
Кроме очевидных источников ошибок — нестабильности источника, механических смещений, турбулентности воздуха — для достижения точности контроля А/ЮО необходимо учитывать еще один мешающий фактор — им является паразитная интерференция.
Детектируемая интерференционная картина может быть получена при взаимодействии более чем двух интерферирующих полей. Хотя такой тип паразитной интерференции и можно уменьшить поляризационным фильтрованием, влияние дополнительных интерферирующих волновых фронтов необходимо оценить. Рассмотрим следующий случай для трех интерферирующих фронтов:
