Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Для аттестации шлифованных поверхностен Муннерлштом и др. [38] в качестве источника длинноволнового света (10,6 мкм) был использован газовый лазер на CO2. Рис. 2.1. Интерферометр Тваймана — Грина:
/ — источник свега; 2 — компенсатор; 3 — глаз наблюдателя
Рис. 2.2. Модификация Вильямса интерферометра Тваймана — Грина:
I—источник света; 2—компенсатор; 3— глаз наблюдателя
I
Рпс. 2.3. Общин вид интерферометра Тваймана — Грина 2.1.1. Узел светоделителя
Сеєтодєлитєльную пластину изготовляют таким образом, чтобы поверхность /4 отражала необходимое количество света, а В толь-! о преломляла его. Для этого на поверхность В наносят многослойное просветляющее покрытие. Более простое решение заключается в наклоне светоделителя под углом Врюстера и использовании источника света с р-ноляризацией, проходящей через поверхность без отражения. Еще одно решение проблемы предполагает применение клиновидного светоделителя, выводящего нежелательный отраженный свет из системы. Коэффициент отражения R от поверхности А не влияет на контрастность полос и лишь сказывается на величине излучения:
/ = AIaRT, . {2.1)
где /о — излучение падающего волнового фронта и T — коэффициент пропускания. При отсутствии поглощения на неметаллических покрытиях T--I—R и при R = T = 0,5 / достигает максимального значения.
Л>чи света, идущие к наблюдателю от зеркала Mi, проходят светоделитель только один раз, а лучи от M2 проделывают этот путь дважды. В результате в ветвях интерферометра возникает разность оптического хода лучей. Такие приборы называют некомпенсированными. Выравнивания оптического хода достигают, помещая компенсатор перед зеркалом Mi ( см. рис.. 2.1 и 2.2).
Важность компенсации интерферометра будет показана в следующем параграфе. В литературе подробно описаны юстируемые, компенсаторы для интерферометров Вильямса [50] и Тваймана — Грина [13, 35, 49].
С помощью нескольких алгебраических формул и закона преломления можно показать, что светоделитель или компенсационная пластина сдвигают оптическую ось параллельно самой себе на величину
с/ = / sin 0 [ 1 — cos 6/(yV- — sin 2 o < 1^], (2.2)
где 0 — угол падения; t — толщина пластины; N — показатель преломления стекла.
2.2. ТРЕБОВАНИЯ К КОГЕРЕНТНОСТИ ИСТОЧНИКА
Размер (пространственная когерентності)) и монохроуатичность (временная киї ерентность) источника света должны удовлетворять определенным минимальным требованиям, зависящим от вида системы [22J.
Как указывалось выше, интерферометр считают расуомиенсиро-ванкым, і огда в одной его ветви длина оптического хода лучей болипе, чем в другой. Это может происходить по двум причинам: а) в одной кз ветвей присутствует контролируемый оптический компонент (линза или призма) и б) световой луч в одной ветви проходит через светоделитель один раз, а в другой — трижды. Оба слу-
14 метре
чая равноценны тому, что в одной из ветвей расположена наклонная плоскопараллельная стеклянная пластина. Свет проходит через нее дважды; при этом возникает такой же эффект, как при его прохождении через две пластины (рис. 2.4). Разность оптического хода OPD, возникающая при однократном прохождении луча, является функцией утла падения света (рис. 2.5) и выражается уравнением
OPD = iV(A?) + (?C)-(AO) (2.3)
или
OPD (?) = uv(JV cos?' — cost). (2.4)
Если пластины наклонены под углом ф0 к оптической оси и направление луча определяется углами 0 и \р (рис. 2.6), разность оптического хода, возникающая при двойном прохождении луча, определяется выражением
OPD (t) = ^v (Aa cos с?; +Aa cos <?'2 — cos t1-cos %) + 2/0 cos 6, (2.5)
где индексы 1 и 2 обозначают первый и второй проход луча через деталь. Последний член соответствует дополнительной разности оптического хода, возникающей из-за сдвига одного из зеркал на величину to вдоль оптической оси. Углы ф[ и ф2 связаны с углами 9, т|э и Фс соотношениями
cos T1 = Cos T0 cos 6-(- sin T0 s'n 0 cos ф; cos T2 = cos T0 cos 6— sin Tn sin S cos ф. (2.6)
Если стеклянная пластина перпендикулярна к оптической оси, <f;) = 0, фі = ф2 = 0 и фі' —фг'—0. В этом случае уравнение (2.5) упрощается
OPD (б) = 2/д' (Ar cos 0' - cos 0) + 2t0 cos 6. (2.7)
45
Рис. 2.6. Схема прохождения лучей через наклоненную плоскопараллельную пластину: 2.2.1. Пространственная когерентность
Возможны два случая, когда источник создает волновой фронт,, распространяющийся в пределах объемного угла 20, и потому не обладает совершенной пространственной когерентностью.
1. Источник света не является математической точкой, а имеет небольшой конечный диаметр 2а. В этом случае
в—a/f, (2.8)
где f — фокусное расстояние коллиматора.
2. Коллиматор имеет сферическую аберрацию, тогда
6 = TAff1 (2.9)
где 7А — максимальное значение поперечной сферической аберрации коллиматора в положении наилучшего фокуса.
При использовании протяженного источника света полосы высокого контраста возникают только при условии, что разность оптического хода для двух любых его точек отличается (согласно критерию Релея) не более, чем на Л/4. В то же время проведение радиометрических измерений обычно требует использования по возможности более крупного источника, не снижающего контрастности полос.
