Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
До того, как стали широко применять газовые лазеры, все интерферометры бокового сдвига разрабатывались с компенсацией белого света. В настоящее время с внедрением лазерных источников света стало возможным создание некомпенсированных интерферометров бокового сдвига, в которых длины хода лучей двух интерферирующих пучков не одинаковы. Наиболее подходящим для этих целей источником света зарекомендовал себя гелий-неоновый лазер с длиной волны излучения 633 нм (6328 A). Если интерферо-
88 метр бокового сдвига с компенсацией белого света всегда можно использовать в сочетании с лазером, лазерный интерферометр бокового сдвига, имеющий обычно различную длину оптического хода лучей, не позволяет получить видимую пли пригодную для регистрации интерференционную картину с источниками света меиь-I::ей когерентности.
4.3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ БОКОВОГО СДВИГА
На рис. 4.3 показаны исходный фронт волны и его аналог с бо-т:гь;п сдвигом. Будем считать исходный фронт почти плоским, с небольшими отклонениями W(х, у) (где X, у — координаты произвольной точки P) от плоскости. При смещении фронта на величину S в направлении .v его погрешность в точке P составит W (х—S, jj), а результирующая разность хода AW для двух фронтов определится как [W(x, у) — W(.v—S, у)]. Именно величина AW и определяется в интерферометрии бокового сдвига, причем при S = Ob любой точке волнового фронта отсутствует разность хода лучей и, следовательно, невозможно оценить погрешность какой бы большой -на ни была. Разность хода в различных точках волнового фронта можно получить из простого соотношения
A W=IiL, (4.1)
•где п — порядок интерференционной полосы; /. — используемая длила волны света. Интересно отметить, что при малых значениях S у равнение (4.1) можно записать в виде
dW дх
следовательно, интерферометр бокового сдвига дает информацию об аберрации (dW/dx) луча в угловых единицах. Уравнение становится более точным при S-»-О, однако одновременно снижается и чувствительность, поэтому, исходя из требуемой в каждом конкретном случае точности, необходимо находигь 'Оптимальное значение S.
Рассмотрим іеперь некоторые частные случаи.
Дефокусировка. Погрешность волнового фронта при наличии дефокусировки можно представить в виде уравнения
1Г(л-, у) = D {Xі + i?). (4.3)
S = n).,
к 2)
Рис. 4.3. Схематическое изображение (в плане и боковая проекция) исходного и сдвинутого волновых фронтов с круглой апертурой. Интерференционные полосы бокового сдвига возникают в их общей перекрывающейся области
87 В данном случае вместо идеально плоского волнового фронтя на выходе оптической системы, имеющей незначительную дефокусировку, возникает сферический фронт с большим радиусом кривизны; при этом
LW=iIDxS = Hl. (4.4)
Уравнение (4.4) описывает систему равноудаленных прямолинейных полос, перпендикулярных к оси X (направлению сдвига) и возникающих в области пересечения двух волновых фронтов (рис. 4.4, а). При отсутствии дефокусировки (D = O) поле зрешгя свободно от гюлос и имеет равномерную интенсивность.
Наклон. При боковом сдвиге волиозого фронта обычно считают, что новый фронт не наклонен относительно первоначального. В некоторых устройствах, однако, можно получить определенную величину взаимного наклона двух фронтов, обычно в направлении,' перпендикулярном к направлению бокового сдвига. Разность оптического хода лучей, возникающая при этом, может быть представлена линейной функцией координаты у
AW = Ey = пк, (4.5)
где E — угол наклона между первоначальным и смещенным фронтами, а линия их пересечения параллельна оси х. Если одновременно присутствуют расфокусировка и наклон фронтов, величину AW можно записать как
KW = tIDx S -YEy = Hl. (4.6)
Это уравнение описывает систему прямых полос, параллельных осям X и у только в том случае, если D или E равно нулю.
Важно отметить различие ситуаций, описываемых уравнениями (4.4) и (4.6). При D = 0 мы имеем в первом случае однородное, свободное от полос поле, а во втором — систему прямых полос, параллельных оси X. В результате при прохождении через фокальную об ласть оптической системы, сколлнмированной относительно точечного источника света, в интерферометре бокового сдвига без накло-
Рис. 4.4. Интерферограммы бокового сдвига для анаберрационного волнового фронта в момент прохождения через фокальную область:
а — предфокальная; б— в фокусе; в — зафокальная Рис. 4.5. Интерферограммы бокового сдвига анаберрационного волнового фронта при прохождении через фокальную область. Присутствует небольшой наклон, перпендикулярный к направлению сдвига. В фокусе (б) полосы параллельны направлению сдвига, в предфокальной (а) и зафокальной (в) областях они наклонены
на и с наклоном возникают интерферограммы, представленные соответственно на рис. 4.4 и 4.5. Очевидно, что во втором случае можно обнаружить незначительную дефокусировку системы и, следовательно, наличие в интерферометре бокового сдвига дополнительного наклона фронтов является несомненным преимуществом прибора.
