Исследование неоднородности волнового фронта, образованного в дифракционном интерферометре

• Автор: Ли Кенг Хи
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 99 с. : ил.

Аннотация
Рассмотрены задачи разработки и оптимизации методов и аппаратуры лазерной дифракционной интерферометрии, реализации лазерного интерферометра с опорным волновым фронтом, синтезированным путем дифракции на точечном отверстии (Point Diffraction Interferometer - PDI). Разработан и исследован лазерный интерферометр с дифрагированным опорным волновым фронтом. Предложены и теоретически обоснованы решения для достижения наивысшей точности интерферометра благодаря применению фазового режима интерпретации интерферограммы.
Актуальность работы
Актуальность темы диссертационного исследования обусловлена необходимостью радикального повышения точности процесса контроля и исследований качества изготовления оптических систем и поверхностей высокой точности, а также упрощения и удешевления процесса контроля путем применения принципиально новых методов и аппаратуры контроля.
Современное оптическое приборостроение характеризуется непрерывным увеличением объемов выпуска продукции при одновременном совершенствовании ее технических характеристик. Доля изделий с форсированными оптическими характеристиками увеличивается. Оптические системы наивысшей точности, применяемые, например, в космических телескопах, исследовательских микроскопах и

аппаратуре для микроэлектроники, не должны иметь остаточные погрешности, превышающие 1/30-1/40 длины волны. Одно из основных правил метрологии гласит, что погрешность средства измерения должна быть в 10 раз меньше измеряемой ошибки изделия. Поэтому погрешности измерительной аппаратуры для создания таких оптических систем не могут быть больше, чем 1/300 - 1/400 длины волны.
Принципиальный и неустранимый недостаток существующих интерферометрических комплексов состоит в том [21, 24], что в их конструкции всегда необходимо применение образцовой оптической детали, которая неизбежно содержит ошибки изготовления. Эти ошибки обычно составляют 1/10 - 1/30 длины волны и, следовательно, такие приборы пригодны для метрологически корректного определения лишь достаточно больших остаточных ошибок контролируемого изделия, составляющих 1-1/3 длины волны.
Встроенные в существующие традиционные
интерферометрические комплексы дополнительные системы фазовой расшифровки интерферограмм (например, V -100 with Intomatic-P) позволяют, по заявлениям торговых фирм, довести точность прибора до величины 1/80 длины волны и выше. Однако это утверждение основано на недоразумении. Речь идет о точности измерения отклонений от формы образцовой оптической поверхности, которая сама по себе недостаточно точна, так как ее погрешности превышают указанную величину и эти погрешности неизвестны. Итак, электронные системы здесь могут повысить точность расшифровки. Отклонения от формы образцовой поверхности измеряются точнее. Однако традиционными средствами можно определить только те ошибки образцовой поверхности, которые выше чем 1/20 длины волны. Следовательно, точность интерферометрии не повышается.

Указанные недостатки существующих интерферометров вызывают потребность повышения точности и эффективности интерферометрии путем разработки и применения альтернативных методов и схем дифракционных интерферометров.
Компьютерные технологии позволяют далее значительно усовершенствовать процесс расшифровки и интерпретации результатов интерферометрии.
Итак, с целью устранения недостатков существующих интерферометров проводятся исследования в направлении:
создания принципиально нового интерферометрического комплекса, основанного на применении принципов дифракционной интерферометрии, в том числе - лазерного интерферометра с опорным волновым фронтом, синтезированным путем дифракции на точечном отверстии диаметром порядка длины волны;
разработка и исследование методов повышения точности расшифровки данных за счет:
обработки структуры изображения интерферограммы и ее автоматизированной компьютерной расшифровки,
- разработки и реализации схемных решений, создающих условия для фазовой интерферометрии.
Цель работы:
углубленное исследование принципов дифракционной интерферометрии, определение и реализация путей повышения ее точности и эффективности; создание и исследование усовершенствованного метода и комплекса аппаратуры дифракционной

При этом ФП такого поперечно расфокусированного интерферометра принимает вид:
1=С082[л(уу + со)^ (14)
где у - пространственная координата.
Работу интерферометра в режиме поперечной расфокусировки удобно рассматривать, введя понятие двумерной ФП метода исследования прецизионных поверхностей (рис. 14). Введение в характеристику преобразования дополнительной координаты (здесь -заклон на угол в ) позволяет достичь качественного скачка, когда карта деформаций волнового фронта (как система изолиний - "горизонталей" карты деформаций с шагом дискретизации, равным или кратным длине световой волны) преобразуется в систему полос, соответствующих системе профилей поверхности ошибок исследуемого волнового фронта. Такой прием повышает наглядность интерферограммы, облегчает ее расшифровку и особенно важен, когда измеряемые ошибки меньше шага дискретизации, то есть меньше цены шага интерференционной полосы (то есть 1/2 или À,).
1/У
Рис. 14. Схема функционирования периодической функции преобразования (поперечно расфокусированный интерферометр).