Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Еще одно применение полос Толанского заключается в измерении стабильности во времени высококачественных резонаторов Фабри — Перо или лазерных резонаторов. Как упоминалось ранее,, полосы, образованные контролируемым резонатором Фабри — Перо, могут перекрываться отстоящим экраном, и их сжатие (или расширение) измеряется в миллиметрах для получения в долях к
21 cos Qn = nk.
(6.12>
те [2].
M1 Mz
Рис. 6.17. Образование нело-кализованных полос Толанского в плоскости Ot интерферометра Фабрн— Перо, ¦И|—Л1г освещенного точечныгц источником 5 (Правильно:
УГОЛ 0 )
ферометра
159 Рис. 6.18. Нелокализованные полосы Толанского между строго параллельными (а) и наклонными (б) пластинами Фабри — Перо
величины продольного увеличения или уменьшения промежутка между зеркалами. Наклон пластин можно измерить, наблюдая пересечения вторичных и первичных полос. Используя эту методику для измерения стабильности во времени промышленного интерферометра Фабри — Перо с пластинами из инвара и прибора собственного производства с пластинами из кервита и термически компенсированными оправами [84, 85], мы обнаружили значительно большую стабильность второго резонатора.
6.8. МНОГОЛУЧЕВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Как упоминалось во введении, многолучевые интерферометры для контроля криволинейных поверхностей разрабатывались независимо Хэрриоттом [48], Гейнце и др [44] и Биддлсом [14]. Интерферометры очень удобны для точного контроля поверхностей различной кривизны с помощью установленного концентрично с ними эталона. Аналогичные интерференционные устройства можно применять для прецизионных измерений термических градиентов, изменений давления и состава в аэродинамических трубах и т. п. [48].
Основные элементы интерферометра изображены на рис. O.19, где эталонный апланат Mi и контролируемая поверхность M2 образуют концентрическую систему. Точечный источник 5 изображается линзой Li в общем центре — точке С. При точном концентриче-
Off
Рис. 6.19. Многолучевой интерферометр для контроля криволинейных поверхностей. Зеркала н M2 установлены концентрично с точкой С. Линза L1 изображает точечный источник 5 в общем центре С. Наблюдения можно вести в проходящем (Or) и отраженном (Од) свете. Линза Lrt изображает поверхности зеркал М\ и Mo одну на другой для корректировки эффекта «ухода»
IGO с ком расположении деталей в плоскости От или Од наблюдается равномерный сферический волновой фронт. Для получения интерференционных полос одно из зеркал смещают вдоль осп (при этом возникают кольца) или перпендикулярно к ней (появляются прямые полосы). Первую методику также используют с конфокальным сферическим интерферометром Фабри — Перо для получения вы-сокодпспсрсных спектральных полос [76]. Поскольку при таком смещении возникает отклонение пучков, Хэрриотт [48, рис. 5] поместил в общем центре компенсирующую линзу; с ее помошыо отраженные от зеркала лучи возвращаются, повторяя при обратном ходе свой путь, в исходные точки другого зеркала. Тем самым обеспечивается возможность контроля местных погрешностей формы поверхности. В орпгппалышх обзорах [14, 44, 48] подробно представлены многочисленные модификации этого интерферометра.
Такие сферические интерферометры можно одновременно освещать несколькими (например, п) длинами волн, уменьшая промежуток между полосами с KI2 до л/ (2п) и соответственно увеличивая точность контроля (см. п. 6.5) [48]. Поскольку в них обычно используется большое расстояние между пластинами, представляется удобным применение обычных многомодовых лазеров продольного типа для согласования размеров резонаторов лазера и интерферометра Фабри — Перо. При этом следует тщательно учитывать разделение лазерных мод (длину резонатора), свободный спектральный диапазон интерферометра (длину интерференционного резонатора) и его резкость. Согласованность здесь не означает равенства длин; последние могут быть целыми или дробными частями друг друга, как того требуют обстоятельства [48]. При использовании обычного многомодового лазера продольного типа для интерферометров с длинным ходом следует осознавать трудности получения стабильных, высококонтрастных полос [8].
Ниже описаны две интересные и полезные модификации многолучевого интерферометра Физо. Первая представляет собой соединение интерферометров Физо и Тваймана — Грина с получением
6.9. СДВОЕННЫЕ И СЕРИЕС-ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ
\\\\\\\\\\\\\х M -,
L
В
м,м2
Рис. 6.20. Сдвоенный интерферометр Тваймана — Грина и Физо для контроля контраста и использования динамического метода муара в устройстве Физо
Л за/шсй/іїа/ощем// //cmpoucmfy
161
R-839 сдвоенного интерферометричсского устройства, изображенного па рис. 6.20 [1, 66, 75]. Такие приборы подробно описаны Канье [25] и Кандлером [26]. Во второй модификации вместо двух используются три последовательно расположенные пластины (ср. с рис. 6.22) [79, 81, 89].
6.9.1. Сдвоенный интерферометр
Прибор создан на базе интерферометра Тваймана — Грина, в котором одно из зеркал заменено интерферометром Физо, и сочетает несколько достоинств. Исследование непрозрачных оптических плоскостей в интерферометре Физо имеет тот общий недостаток, что полосы в отраженном свете представляют собой резкие черные линии на ярком фоне. Само по себе это явление не составляет серьезной проблемы, хотя при использовании поглощающих отражающих покрытий (например, пленок серебра) контрастность полос очень низка [97, 108]. Условие (6.8) Толанского для полос Физо хорошего качества требует наличия в поле зрения низкочастотных полос, а поскольку они очень резкие, то с большей части контролируемой поверхности, как уже упоминалось, мы не получаем никакой информации (некоторые способы решения этой проблемы обсуждались в п. 6.4 и 6.5). Использование белого света (п. 6.4) или нескольких монохроматических источников с различными длинами волн (п. 6.5) неприемлемо для полос в отраженном свете, так как яркий фон от одного излучения размывает резкие темные полосы от другого. Эта проблема полностью устранена в сдвоенном ин-
