Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим интерферометр Тваймана — Грина с двойным прохождением лучей (рис. 7.6). Его зеркала Mi и M2 в вертикальной плоскости перпендикулярны к исходным падающим пучкам, а в горизонтальной наклонены к ним под углом я/2 +а. В результате Al1 и M2' — мнимое изображение M2 в светоделителе — составляют друг с другом угол 2а. В этом случае единственным присутствую-
I5Hc. 7.6. Интерферометр Тваймана — Грнна с двойным прохождением лучей для получения модулированных полос [4]:
1 — окулярная диафрагма; 2 — поляризатор; 3 — газовая кювета компенсатора; 4 — четвертьволновая пластина; 5 —анализатор
"ГЛЛАЛЛ
Рис. 7.7. Распределение интенсивности в полосах, полученных в интерферометре Тваймана — Грина с двойным прохождением лучей, для различных значений разности фаз между двумя ходами Л [4] щим членом аберрации является «нечетный» наклон. Величину полного оптического хода четырех лучей с двойным прохождением, выходящих из интерферометра на расстоянии «х» от центра ноля в горизонтальной плоскости определяем из уравнения (7.1) как
Daai = D;
Dar, = DAr Ax а + 2d; Dba- = D-Ax а+ 2d;
DBB' = D + Ad, (7.5)
где d — расстояние между Mi и AI2' в центре поля. Если все четыре луча будут интерферировать, комплексная амплитуда А в этой точке может быть записана в виде
Ap = Aexр — (2я Ш/л) [ 1 -f ехр — 2/ (Л —;) + ехр —
— 2/ (г) -j- S) -j- ехр — Ai г)], (7.6)
где (2яД)2л;а; т]=(2л/Я)с?; А—амплитуда, соответствующая одному лучу. Интенсивность, получаемая умножением А на ее комплексную сопряженную величину, равна
/ р = AI0 (cos 2t + cos 2ri)2, (7.7)
где І о — интенсивность одного луча.
На рис. 7.7 представлено распределение интенсивности в системе полос, полученное из уравнения (7.7) для трех различных величин разности фаз г| между двумя ходами в центре поля. Изменение q не приводит к смещению полос и вызывает только изменение в распределении излучения. Если Tj = O или гал, где га— целое число, каждая вторая полоса подавляется; при г]= (2га+1) л/2 все полосы имеют одинаковое излучение и очень небольшое изменение величины и приводит к заметному различию в яркости между смежными полосами. Этот эффект (при использовании соответствующего компенсатора) может оказаться полезным для точного определения нулевого положення и измерений разности оптического хода с погрешностью до Х/500.
Описанную методику с успехом применяют и для измерения показателя преломления и толщин тонких пленок [8J. Используя интерферометр Физо и двойное прохождение лучей, можно получить еще более высокую точность [5, 6].
7.2. ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ С МНОГОКРАТНЫМ ПРОХОЖДЕНИЕМ
ЛУЧЕЙ
В данном типе интерферометрии можно получить непосредственное визуальное представление погрешностей волнового фронта с повышенной точностью. При этом для увеличения отношения смещения AQ полосы к среднему расстоянию Q между полосами используют тот фактор, что общая деформация волнового фронта
175 пропорциональна количеству его отражений от контролируемой оптической системы илп проходов через нее.
На рис. 7.8 изображена оптическая система интерферометра Тваймана — Грина с многократным прохождением лучей [11]. В одну из его ветвей вводят дополнительный светоделитель. Если он слегка наклонен к контролируемому зеркалу, возникающие между ними многократно отраженные лучи вызывают появление в задней фокальной плоскости линзы L2 ряда изображений источника света с боковым смещением относительно друг друга. Это позволяет выбрать с помощью апертуры в фокальной плоскости L2 луч, претерпевший любое необходимое число отражений от контролируемого зеркала. Если эталонное зеркало наклонено так, чтобы свет, отраженный от него, проходил через ту же апертуру, между образцовым волновым фронтом и фронтом, претерпевшим п отражений от контролируемой детали, возникнут двухлучевые интерференционные полосы, деформация которых равна 2пМ, где Дt — отклонение поверхности от плоскостности.
В получаемой при этом интерферограмме AQ/Q = 2n\t/X, т. е. ее чувствительность в п раз выше чувствительности классического интерферометра Тваймана — Грина.
Интенсивность двух интерферирующих лучей можно сделать приблизительно равной, а видимость полос оптимизировать, если использовать вспомогательный светоделитель с высоким коэффициентом пропускания и эталонное стеклянное зеркало с непокрытой поверхностью. Удачное решение той же задачи предложено Лан-генбеком [12] и заключается в применении модифицированной оптической системы, в которой эталонный пучок отражается от непокрытой стеклянной поверхности под углом Брюстера. Вращая плоскость поляризации излучения источника света с помощью пластины л/2, можно контролировать степень ослабления эталонного пучка.
На рис. 7.9 показаны типичные интерферограммы плоской поверхности, имеющей в центре квадратное углубление на л/8. Рис. 7.9, а представляет собой стандартную интерферограмму Тваймана — Грина с отражением первого порядка, а рис. 7.9, б— 7.9, д— интерферограммы с многократным отражением второго, третьего, четвертого и пятого порядков, показывающие увеличение относительного смещения полосы ДQIQ.
