Всё рассмотренное выше используется в оптическом контрольно – измерительном приборе - интерферометре Майкельсона (рис. 8.24).
Рис. 8.24. Схема интерферометра Майкельсона |
|
|
С учетом скачка фазы , вносимой поверхностью А, оптическая разность хода равна .
Максимумы и минимумы интенсивности наблюдаются при условии : при - максимум, при - минимум.
Если S — протяженный источник, то интерференционные полосы локализуются в бесконечности и представляют собой кольца равного наклона, изображаемые в задней фокальной плоскости линзы Л2 в виде концентрических окружностей. При уменьшении , порядок колец будет уменьшаться (кольца будут стягиваться к центру), и угловой масштаб картины увеличивается. При освещенность поля зрения постоянна и равна нулю. Если зеркало З2 несколько наклонить, то между З2 и З1' возникает воздушный клин, и интерференционная картина будет локализована в клине, то есть на З2. Картина представляет собой полосы равной толщины, параллельные ребру клина. Для переноса изображения картины на экран, его необходимо перенести в плоскость Э , оптически сопряженную З2. При малых , или когда З2 пересекает З1', наблюдение можно производить и в белом свете. В этом случае, при наблюдении полос в точке , будет наблюдаться черная ахроматическая полоса, по обе стороны от которой полосы будут окрашенными.
Интерферометр Майкельсона открывает широкие возможности для создания измерительных оптико-электронных приборов, обладающих высокими точностными характеристиками. Например, если одно из зеркал - (З1) является эталонным, а другое – (З2) – контролируемым, то по анализу интерференционной картины можно определить качество контролируемого зеркала. На практике при реализации такого контроля между зеркалами создается воздушный клин и о качестве контролируемого зеркала судят по искривлению интерференционных полос равной толщины. Достигаемую при этом точность измерений можно оценить из следующих соображений. Размер микронеровности зеркала З2 на приведет к смещению интерференционной картины на величину ширины полосы. Фотоэлектрические системы обработки интерферограмм позволяют измерить смещение, порядка 0.05 ширины полосы и менее. Следовательно, возможная погрешность измерений при использовании видимого излучения составляет около 15 нм.
|
|
Другая широко используемая область применения интерферометра Майкельсона является измерение линейного или углового перемещения одного из зеркал. Например, при линейном перемещении зеркала З2 интерференционные полосы смещаются в направлении, перпендикулярном интерференционным полосам, при угловом – ширина полос изменяется обратно пропорционально углу наклона. Поскольку, как линейное, так и угловое перемещение по - разному сказывается на параметрах интерференционной картины, в соответствующих измерительных приборах следует принять меры к тому, чтобы при одном виде перемещения не возникало другое. Особенно актуальной эта проблема становится в измерителях линейного перемещения зеркала, поскольку при линейном перемещении, как правило, возникает его угловой поворот. Наиболее эффективным способом решения этой проблемы является замена зеркала автоколлимационными отражателями типа триппель-призма или «кошачий глаз» (рис.8.25). Триппель-призма представляет собой стеклянную равнобочную пи-
Рис. 8.25 Автоколлимационные отражатели: а) триппель-призма, б) кошачий глаз.
рамиду, боковые грани которой взаимно ортогональны. Оптическая система «кошачий глаз» - это объектив, в задней фокальной плоскости которого находится зеркало. Такие отражатели обладают автоколлимационными свойствами, т. е. способностью возвращать свет в обратном направлении, при этом эта способность сохраняется при небольших угловых поворотах вокруг оси, перпендикулярной оси симметрии отражателя.
8.3.4 Интерферометр Тваймана - Грина
Этот интерферометр является дальнейшим развитием и усовершенствованием интерферометра Майкельсона. Он позволяет проводить контроль не только плоских, но и сферических и асферических зеркально отражающих поверхностей. Кроме того, он может быть использован для контроля линз и объективов. Интерферометр Тваймана – Грина, по – существу, представляет собой интерферометр Майкельсона, в котором контролируемое зеркало З2 заменено системой объектив (Л) – зеркало (З) (рис. 8.26).
Рис. 8. 26 Схемы контроля выпуклого а) и вогнутого б) зеркал
Особенностью этой системы является то, что объектив преобразует плоский фронт волны в сферический, который, достигнув зеркала, практически полностью совпадает с его поверхностью. При идеальном совпадении интерференционная картина представляет собой систему эквидистантных полос с периодом, определяемом углом между интерферирующими плоскими волновыми фронтами. При наличии погрешностей изготовления зеркала последние могут быть определены из расшифровки интерференционной картины при известных аберрациях объектива. Интерферометр Тваймана – Грина может быть использован и для контроля качества объектива. В этом случае зеркало должно быть принято за эталон и все его параметры (погрешности формы наличие и величина местных погрешностей профиля, аберрации) должны быть хорошо известны. В этом случае расшифровка интерференционной картины позволяет определить аберрации объектива не только на оси, но и по полю зрения.
8.3.5 Интерферометр Физо
Интерферометр Физо предназначен для контроля качества плоских поверхностей сравнительно больших размеров (рис. 8. 27). Объектом наблюдения является воздушный клин F, образованный эталонной и контролируемой поверхностями. При использовании в интерферометре источника света с большой
|
|
Рис. 8.27 Схема интерферометра Физо
длиной когерентности можно контролировать клиновидность и качество поверхностей плоскопараллельных пластин.
Свет от источника S через малое зеркало З1 направляется на объектив L1 и затем параллельным пучком почти по нормали падает на объект контроля. Локализованная в F интерференционная картина с помощью зеркала З2 и линзы L2 проецируется в плоскость матричного приемника излучения ПИ. Сигнал с приемника излучения поступает в компьютер, где происходит его обработка и определение параметров контролируемого объекта. Отметим, что наблюдение интерференционной картины в интерферометре Физо осуществляется также почти по нормали, т.е. под углами , для которых