Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Лучи OE и EO, вышедшие из полярископа Сдвара, поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Для получения интерференции их сводят в одну плоскость с помощью линейного
Рис. 3.3. Разделение лучей в полярископе Савара, изготовленном из положительного кристалла (например, кварца)
70поляризатора, ось пропускания которого составляст угол 45° с перпендикулярными колебаниями. Такого поляризатора, однако, недостаточно, чтобы интерференция имела место. Известно, что естественный свет эквивалентен двум некогерентным компонентам с равными амплйтудами, колеблющимся во взаимно перпендикулярных направлениях. Поэтому обыкновенный и необыкновенный лучи, образованные кристаллом, не имеют постоянной разности фаз. Для обеспечения взаимной когерентности лучей поляризатор помещают на пути падающего луча так, чтобы только один компонент естественного света попадал в кристалл. При этом ось пропускания поляризатора повернута на 45° к главной оси кристалла.
Призма Волластона (рис. 3.4) состоит из двух одинаковых клиньев, соединенных вместе так, чтобы образовать плоскопараллельную пластину. Оптические оси обоих клиньев параллельны внешним плоскостям и взаимно перпендикулярны. Призма Волластона расщепляет падающий луч на два, распространяющихся в различных направлениях. Боковое смещение лучей изменяется в зависимости от расстояния до призмы Волластона. Угол расхождения лучей а определяется выражением
где 9 — угол клина. В большинстве практических случаев считается, что а не зависит от угла падения. При 9 = 5° угол расхождения лучей составляет 6' для призмы Волластона из кварца и 2° — для призмы из кальцита.
Разность оптического хода лучей OE и EO, проходящих на расстоянии X от оси у—у' призмы Волластона, определяется (рис. 3.5) как
3.3.2. Призма Волластона
а = 2 (пе — п0) tg 0
(3.3)
Д = 2 (tie — п0) X tg 0 = ах
(3.4)
у
Рис. 3.4. Разделение лучей в призме Волластона, изготовленной из положительного кристалла
Рис. 3.5. Разность хода в призме Волластона между двумя разделенными лучами прямо пропорциональна х
71т. е. она равна нулю вдоль оси у—у' и линейно возрастает с увеличением X. Если призму Волластона расположить между двумя соответствующим образом ориентированными поляризаторами, в ней можно наблюдать систему прямых интерференционных полос, параллельных краям клиньев и перпендикулярных к плоскости рисунка. Так как разность оптического хода вдоль оси равна нулю, полосы видны в белом свете и расстояние между ними
При 0 = 5°, /^ = 0,55 мкм, (пе—п0) =9-10~3 (кварц) наблюдаются приблизительно три полосы на ширине 1 мм. Если угол 0 мал (равен нескольким минутам), полосы расположены далеко друг от друга, и призма Волластона может быть использована в качестве компенсатора. В таком применении она известна как компенсатор Бабине.
Соотношение (3.4) справедливо для нормального падения лучей (небольшое угловое расхождение лучей не учитывают при вычислении А). Для неперпендикулярного падения к правой части уравнения (3.4) добавляют член, пропорциональный квадрату угла падения. Однако он очень мал, и, например, для кварцевой призмы толщиной 10 мм и угла падения меньше IO0 им можно пренебречь. В некоторых вариантах призмы Волластона может быть допущен значительно больший угол падения.
В качестве светоделителя может быть использована линза, изготовленная из двулучепреломляющего кристалла. Параллельный пучок света, падающий на такую линзу, разделяется на обыкновенный и необыкновенный лучи, фокусирующиеся в двух смещенных вдоль оси точках Fn и Fe (рис. 3.6), в отличие от полярископа Савара и призмы Волластона, где смещение перпендикулярно к направлению падения луча. В настоящее время существуют различные типы сложных линз, используемых для решения конкретных задач.
x0=\/[2(ne-no)tg6\.
(3.5)
3.3.3. Двухфокусные системы
Рис. 3.6. Двулучепреломляющая линза, изготовленная из положительного кристалла и разделяющая падающий пучок света на обыкновенный и необыкновенный лучи, которые фокусируются в двух различных точ-
ках на ее оси
723.4. ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ БОКОВОГО СДВИГА
3.4.1. Применение полярископа Савара
Интерферометры бокового сдвига, оснащенные двулучепрелом-ляющими светоделителями, широко применяют для исследования аберраций оптических систем. Рассмотрим устройство Франсона и Иодери [8], в котором полярископ Савара используется для получения бокового сдвига аберрированного волного фронта (рис. 3.7). Исследуемая линза (или зеркало) L формирует изображение S' точечного источника S. Расстояние от линзы L до источника определяется условиями проведения контроля. Линза L1 коллимнрует свет, вышедший из S', и через полярископ Савара Q проходит пучок-параллельных лучей. Два линейных полязиратора, не изображенные на рисунке, располагаются до и после полярископа. Линзы L1 и L2 образуют микроскоп небольшого увеличения, сфокусированный на контролируемой детали L. Если она не имеет погрешностей, волновой фронт 2 будет плоским, а обыкновенный и необыкновенный фронты, вышедшие из полярископа Савара, характеризуются постоянной разностью хода между ними. Глаз наблюдателя, находящийся в фокальной плоскости L2, увидит один цвет (или одинаковую интенсивность в случае монохроматического света) по всему полю, зрения. При наличии аберраций фронт E будет деформирован и окраска поля зрения станет неодинаковой. Если погрешности детали значительны, видна система интерференционных полос. Характер и величина аберраций могут быть определены по наблюдаемому изменению цвета или интенсивности.