Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Дальние интерференционные полосы в полярископе Савара Q фактически расположены в плоскости изображения S' источника, размеры которого должны быть такими, чтобы S' занимало небольшую часть (~1/5) ширины полосы.
Цвет или интенсивность фона могут быть изменены путем наклона полярископа относительно оси, параллельной полосам. Если
73 Рис. 3.8. Проекции двух сдвинутых волновых фронтов на плоскость, перпендикулярную к оптической оси системы
Рис. 3.9. Интерферограмма бокового сдвига для фронта волны, искаженного сферической аберрацией третьего порядка
полярископ перпендикулярен к оптической оси п свет падает на него нормально, полосы нулевого порядка совпадают с изображением S' источника на темном фоне (случай скрещенных поляризаторов). Наклоняя полярископ Савара, можно совместить S' с полосой любого цвета, который затем появится и иа фоне. Вместо создания однородного основного цвета по всему полю зрения, можно получить систему прямолинейных интерференционных полос, сдеформи-рованных в области, где фронт волны отклоняется от идеальной формы. Такие полосы можно локализовать в плоскости, сопряженной с исследуемой линзой, помещая дополнительный полярископ Савара справа от L2.
Чтобы проиллюстрировать сущность метода, рассмотрим вид поля зрения для случая сферической аберрации первого порядка на фоне равномерной интенсивности. Расстояние 2 вдоль оптической оси на высоте h от нее между аберрированным фронтом S и идеальным фронтом, соответствующим гауссовой точке изображения, определяется как
где а — константа, зависящая от величины аберрации.
Для определения картины в поле зрения вычислим разность хода между смещенными фронтами волн S1 и H2, полученными с помощью полярископа Савара. На рис. 3.8 они изображены в виде проекций на плоскость, перпендикулярную к оптической оси системы (плоскость идеального волнового фронта). Координаты системы выбираем так, чтобы ось х проходила через центры фронтов O1 и O2, а ось у— посредине между ними. Рассмотрим точку т(х, у), лежащую на идеальном плоском волновом фронте на расстоянии Z1 от аберрированного фронта S1, где
— a/z4
(3.6)
Z1=аг
А
(3.7)
74 Аналогично расстояние Z2 от т до H2 определяем как
(3.8)
Расстояние между фронтами волн Si и Z2
Z1 — z2=a {r\ — r\)=Aad (х1 + г/2 + d2/4),
(3.9)
где d — сдвиг между фронтами 2] и S2.
Линии одинаковой разности хода Z1—Z2 представлены на рис. 3.9. Форма полос для других видов аберрации может быть получена аналогичным способом. При малой аберрации в поле зрения будут наблюдаться не полосы, а слабые изменения интенсивности света.
Полный анализ интерферограммы бокового сдвига может быть проведен с помощью математического аппарата, предложенного Сондерсом [21, 22, см. также гл. 4]. Его метод позволяет получать значения отклонений исследуемого волнового фронта от сферы ближайшего радиуса, выбираемой так, чтобы результатами стали отклонения от наиболее полно прилегающей поверхности.
В устройстве, изображенном на рис. 3.7, вместо полярископа Савара можно применять призму Волластона, помещенную в плоскости изображения S' источника. Смещая призму перпендикулярно к оптической оси, можно изменить интенсивность фона; при смещении параллельно оси получаем систему прямолинейных интерференционных полос.
Источник света при этом должен быть достаточно мал; его можно значительно увеличить, модифицировав устройство так, чтобы свет проходил через призму Волластона дважды (рис. 3.10). Изображение источника S локализуется на призме Волластона в точке S' вблизи центра кривизны исследуемого зеркала М. Линза L формирует его изображение на экране M'. Как правило, в систему
3.4.2. Применение призмы Волластона
Рис. 3.10. Компенсированный интерферометр с двойным прохождением лучей для исследования зеркала M
Рис. 3.11. Установка для контроля плоской поверхности:
1 — эталонная сфера; 2 — контролируемая плоскость
75 вводятся два поляризатора Р, расположенные так, как показано на рисунке. Если измерения предполагается проводить при параллельно расположенных поляризаторах, достаточно ввести один поляризатор, перекрывающий всю апертуру призмы W, помещая его между W и линзой L. Если S' и S" расположены симметрично относительно центральной полосы призмы Волластона, разность хода между интерферирующими лучами равна пулю, и фон будет равномерно освещенным — темным или светлым — при использовании соответственно скрещенных или параллельных поляризаторов. Интенсивность фона может быть изменена перемещением призмы W в направлении, перпендикулярном к интерференционным полосам. При ее смещении из центра кривизны зеркала M вдоль осп интерферометра на экране M' появляется система прямых полос.
Филбер и Гарисои [17, 18] использовали такой интерферометр для контроля однородности оптического стекла (стеклянную пластину при этом устанавливают вплотную к зеркалу М) и исследования сферических, параболических и плоских зеркал в процессе их изготовления. Для контроля параболической поверхности призму Волластона помещают в ее фокус, а для отражения параллельного пучка света, выходящего из параболоида, используют вспомогательное плоское зеркало. Плоские поверхности исследуют с помощью устройства, изображенного на рис. 3.11. На заключительной стадии изготовления деталей отклонения поверхности от идеальной формы очень малы, и поэтому интерферограмма обнаруживает лишь незначительные изменения интенсивности. В этом случае картина в поле зрения подобна той, которая наблюдается при использовании метода ножа Фуко.
