Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Av = c/(2?). (2.2g)
Если длина L лазерного резонатора изменяется (из-за теплового расширения, сжатия или механических вибраций), линии синхронно смещаются вдоль частотной шкалы, сохраняя интервал Av; их интенсивность при этом определяется штриховой кривой (линией усиления), как показано на рис. 2.16, а.
Лазеры, имеющие только одну спектральную линию, называют одномодбвыми, или одночастотными. Они дают качественную немо-дулированную цепочку волн, но из-за нестабильности длины резонатора L частота излучения также нестабильна. Благодаря применению сервомеханизмов в настоящее время широко распространились одномодовые лазеры с очень высокой стабильностью частоты. Они являются идеальным источником света для интерферометров, позволяя вводить неограниченную по величине разность оптического хода без каких-либо потерь контраста. К сожалению, такие лазеры достаточно дороги и маломощны (менее 1 мВт). Но даже такой лазер обеспечивает значительно большую мощность излучения, чем любой другой тип интерферометрического источника.
Можно показать [12], что теоретическая видимость в интерферометре при использовании лазера с несколькими продольными .-«одами соответствует изображенной к а рис. 2.16, б. Поэтому для получения картины хорошего контраста OPD (O) должна б-іть кратной величине 2L:
OPD (O) = 'Itll .?- C2ML. (2.27)
V7'
Г,"-5""-. 1 • 'О
л
'I
'' 1_ L ' ^ ^ I •
С'птичссхая размет xoffa
a^ ю '
Рис. 2.16. Видимость (контраст) в интерферометре с газовым лазером
54 Таким образом, лазеры очень удобны и полезны для интерферометрии Тваймана — Грина при условии, что зеркала прибора могут быть отъюстированы так, чтобы удовлетворить это требоза-Kt.e. Из-за механической нестабильности лазерный резонатор обычно вибрирует, вызывая постоянную нестабильность частоты линий. При небольших (до І м) разностях OPD нестабильность не представляет серьезной проблемы. Если же OPD^lO м, возникает гочтп периодическое изменение контраста. Для преодоления этого неудобства Батишко и Шэннон [4J предлагают фотографировать і артину с выдержкой около 1/250 с. Такая экспозиция слишком ¦ ала, чтобы уловить вибрации полос, но она вполне достаточна /уй оценки изменения контраста.
Используя метод Беннета и др. [5], Гордона и Джекобса [19], Са.іхорна и др. [3], лазер в двумя продольными модами можно ста-.Гпдпзнровать для >странения изменений контраста.
С появлением лазера в оптических цехах вошло в практику ис-едьзование интерферометров Тваймана — Грина с большой разно-уі,ю оптического хода. Первым их предложил Хопкинс [24], а инструмент такого типа на основе схемы Вильямса был создан Григал -.'OV и Роттенколдером [20] для наблюдений в аэродинамических трубах и контроля сферических зеркал.
На рис. 2.17 изображен неравноплечий интерферометр [26] для производственного контроля оптических деталей. Светоделитель с углом клина 2'—3' установлен под углом Брюстера. Отражающая поверхность светоделителя расположена так, чтобы воспринимать тс:вращающиеся от контролируемой детали лучи и устранять астигматизм и другие нежелательные эффекты. В рабочую ветвь ггпбора устанавливают двухлинзовый расширитель пучка света, из-
Рис. 2.17. Неравиоплечий интерферометр Хьюстона:
расширитель лазерного пучка; 2— светоделитель, расположенный под углом Брюстера: регулируемое зеркало; 4— расширитель пучка; о — контролируемое зеркало; 6 — экран
2.4.1. Специальные устройства
J
55 G • •
Рис. 2.18. Расширитель пучка и компенсатор, используемые в иеравноплечем интерферометре для контроля асферических поверхностей:
1 — расширитель лучка; 2—компенсатор; 3 — контролируемая асферическая поверхность
Лозсрный
Рис. 2.19. Неравноплечий интерферометр Кошера:
1 — экран
готовленный из стекла с высоким коэффициентом преломления и позволяющий контролировать поверхности с апертурой до //'.,7. Для контроля асферических поверхностей в схему добавляют кор-рекциогшую линзу (рис. 2.18, см. также гл. 14).
На рис. 2.19 показана схема неравноплечего интерферометра Кошера [30], очень похожего на прибор Тваймана — Грина (см. рис. 2.2). Его отличает наличие толстого светоделителя в расходящемся пучке. Вносимые им аберрации одинаковы для обеих ветвей, и в нервом приближении можно считать, что они не сказываются на интерференционной картине.
Брунинг и Хериотт [8] создали интерферометр, оснащаемый необычными источниками поляризованного света и обладающий значительно уменьшенными помехами. Буин и др. [9] сообщили об успешном промышленном применении неравноплечих интерферометров.
2.5. ФОТОГРАФИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ КАРТИН
Форма аберрированного волнового фронта по мере его распространения постоянно изменяется, поэтому, если оптическая система не совершенна, интерференционная картина также будет постоянно меняться (рис. 2.20). Погрешности системы определяются искажениями волнового фронта в зрачке, где и следует получать интерферограмму. При этом должны быть выполнены два условия: а) интерферограмма в зрачке системы должна представлять имеющиеся искажения волнового фронта и б) фотопластинку следует помещать в плоскость, сопряженную со зрачком инструмента.
