Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
а — для двухлучевых косииусоидальных полос; б — для многолучевых полос Фабри — Перо,,
резкость которых равна 50
іцая форму поверхности детали или волнового фронта, образуется в результате интерференции двух волновых фронтов. При этом регистрируемые изменения ее интенсивности соответствуют кривой типа cos2cp, или (l+cos2q)) (рис. 6.1, а). Считается, что изображенные полосы обладают качеством, или так называемым числом резкости, равным 2. Это следует из самого определения резкости, равной отношению расстояния мел-еду полосами к ширине полосы на 1/2 ее высоты (рис. 6.1). Визуальное наблюдение двухлучевых полос косинусоидального типа с расстоянием Я/2 между ними обычно сопровождается ошибкой в определении точности измерений выше л/20.
В отличие от двухлучевых многолучевые полосы очень резки и для поверхностей с коэффициентом отражения 0,99 могут достичь местной резкости, равной 300. Для большинства из них характерна кривая Эйри (рис. 6.1, б). В данном примере резкость, полос равна 50 и несложные измерения микротопографии поверхности с их помощью обеспечивают точность до >./500. Именно эта высокая разрешающая способность, получаемая с помощью простого лабораторного оборудования, сделали многолучевую интерферометрию столь популярной.
Однако следует помнить, что для получения многолучевых полос необходимо нанести на пластины интерферометра покрытие-с высокой отражательной способностью. Это удлиняет процесс их обработки по сравнению с изготовлением пластин для двух-линзовых интерферометров, и поэтому многолучевой интерферо-метрический контроль применяют в основном в технологии тонких пленок [10, 36] H иногда (вместо электронной микроскопии) для особо точных измерений шероховатости высококачественных, оптических поверхностей [58, 60, 62]. В последнем случае необходимо тщательно подбирать материал для покрытия поверхности (обычно серебро [112]), наиболее правильно повторяющий ее форму, и учитывать изменение фаз при отражении от него света [56, 108]. В двухлучевой интерферометрии эти проблемы, как нраг вило, не возникают п поэтому многолучевые установки исполь-
142 зуготся в оптических цехах лишь для контроля поверхностей с тс чностью выше чем л/20.
Очевидно, что многолучевая интерферометрия не является •единственным способом получения высокой пространственной точности. Если главным критерием считается резкость полос, достаточно получить изображение двухлучевых полос Физо с помощью ,сысекоразрешэющей камеры вид икон а и наблюдать их изображение на телевизионном экране. Резкость полос можно искусственно улучшить посредством электронного управления контрастом картины, Точность контроля, составляющая при визуальном наблюдении /./50, значительно повышается за счет анализа данных .на встроенном компьютере. Резкость полос можно также увеличить с помощью нелинейной фотографии. Очень высокая точность получается в результате соответствующего анализа прецизионных денсптометрических кривых следов двухлучевых полос на стандартной фотографии или прямого фотоэлектрического сканирования поля интерференционной картины [32, 33, 82, 83]. Более современный метод интерферометрии с осциллирующим зеркалом (і'л. гл. 13), основанный на использовании простого двухлучевого прибора с электронной анализирующей системой, обеспечивает точность л/ 1 ООО [21, 80]. Mocc и др. [73] и Логан [69] указывают, что двухлучевая гетеродинная интерферометрия Майкельсона, используемая в системе детектирования гравитационных волн, позволяет оценить смещение зеркала с точностью до IO"^7 нм (10~8 A). В литературе также сообщалось о несколько ином методе определения изменения длины оптического хода с точностью lo~s нм (Ю-5 A) посредством измерения сигнала резонатора трех-зеркального лазера с тремя продольными модами [15].
Следует помнить, что общая тепловая и механическая стабильность интерферометрического устройства должна быть на порядок выше погрешности, ожидаемой от системы, если только це чью контроля не является измерение относительной «нестабильности» [34]. Предельная точность в интерферометрии ограничена шумом, присущим фотоэлектрическому детектированию [42, 43, с». , 80], и дифракционными явлениями, приводящими к «принципу (логической неопределенности», аналогичному принципу неопределенности Гейзенберга [45] и рассмотренному Толанским и Эмара [114], Торнтонозл [102], Коппельманом [61], Лэнгом и Скоттом і'65]. Наивысшая разрешающая способность в несколько долей енгстрема (1 л • 0Л нм), получаемая при многолучевой интерферометрии, имеет место в продольном направлении. В поперечном направлении вследствие дифракции она ограничивается длиной волны излучения.
При выборе многолучевой интерферометрии обычно руководствуются следующими соображениями: а) временем (продолжительностью) контроля, б) максимальной точностью измерений, зависящей от назначения детали, и в) оборудованием, имеющимся в лаборатории.
143 6.3. МНОГОЛУЧЕВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ФИЗО
6.3.1. Условия образования полос
В многолучевом интерферометре Физо имеется тонкий клиновидный воздушный зазор между двумя плоскими отражающими поверхностями. Световой луч, падающий па него, образует в общем случае ряд лучей с увеличивающейся расходимостью (см. рис. 6.3). Многократно отраженные лучи не могут быть точно совмещены ни в одной плоскости, однако с некоторым приближением можно считать, что при этом возникают многолучевые интерференционные полосы. Поскольку необходимые для этого условия- легче понять и оценить, наблюдая за процессом образования идеальных многолучевых полос в интерферометре Фабри — Перо, кратко опишем его.
