Точечный дифракционный интерферометр
Точечный дифракционный интерферометр (PDI) [1] [2] [3] представляет собой тип интерферометра общего пути . В отличие от интерферометра с амплитудным расщеплением , такого как интерферометр Майкельсона , который выделяет неаберрированный луч и интерферирует его с тестовым лучом, интерферометр с общим лучом генерирует собственный опорный луч. В системах PDI тестовый и опорный лучи проходят один и тот же или почти один и тот же путь. Такая конструкция делает PDI чрезвычайно полезным, когда изоляция от окружающей среды невозможна или требуется сокращение количества прецизионной оптики. Опорный луч создается из части тестового луча путем дифракции от небольшого отверстия в полупрозрачном покрытии. [4] [5] Принцип PDI показан на рисунке 1.
Устройство похоже на пространственный фильтр . Падающий свет фокусируется на полупрозрачной маске (пропускание около 0,1%). В центре маски находится отверстие размером примерно с диск Эйри , и луч фокусируется на это отверстие с помощью линзы, преобразующей Фурье. Нулевой порядок (низкие частоты в пространстве Фурье ) затем проходит через отверстие и интерферирует с остальной частью луча. Пропускание и размер отверстия выбираются так, чтобы сбалансировать интенсивности тестового и опорного лучей. Прибор аналогичен по действию фазово-контрастной микроскопии .
Разработка в PDI-системах
[ редактировать ]
Системы PDI являются ценным инструментом для неразрушающего измерения абсолютных характеристик поверхности оптических или отражающих инструментов. Конструкция с общим лучом исключает необходимость использования эталонной оптики, которая, как известно, перекрывает абсолютную форму поверхности тестируемого объекта с собственными ошибками формы поверхности. Это основной недостаток систем с двойным трактом, таких как интерферометры Физо, как показано на рисунке 2. Аналогичным образом конструкция с общим трактом устойчива к внешним помехам. [4]
Основная критика оригинальной конструкции заключается в том, что (1) требуемое низкое пропускание снижает эффективность и (2) когда луч становится слишком аберрированным, интенсивность на оси снижается, и для опорного луча доступно меньше света. что приводит к потере контраста границ. Снижение передачи было связано с пониженным соотношением сигнал/шум. Эти проблемы в значительной степени преодолеваются в конструкциях точечного дифракционного интерферометра с фазовым сдвигом, в которых решетка или светоделитель создает множество идентичных копий луча, падающего на непрозрачную маску. Тестовый луч проходит через довольно большое отверстие или апертуру в мембране без потерь из-за поглощения; опорный луч фокусируется на точечном отверстии для обеспечения максимальной передачи. В случае с решеткой фазовый сдвиг осуществляется путем перемещения решетки перпендикулярно линейкам, при этом записывается несколько изображений. Продолжающиеся разработки в области PDI с фазовым сдвигом позволили достичь точности, на несколько порядков превышающей точность стандартных систем на базе Физо. [6]
Версии с фазовым сдвигом [см. Интерферометрия ] были созданы для повышения разрешения и эффективности измерений. К ним относится интерферометр с дифракционной решеткой Квона. [7] и дифракционный интерферометр с фазосдвигающей точкой. [5] [6] [8] [9]
Типы фазосдвигающих систем PDI
[ редактировать ]Фазосдвигающий PDI с одним точечным отверстием
[ редактировать ]
Гэри Соммаргрен [11] предложил конструкцию точечного дифракционного интерферометра, которая непосредственно вытекала из базовой конструкции, в которой части дифрагированного волнового фронта использовались для тестирования, а оставшаяся часть - для обнаружения, как показано на рисунке 3. Эта конструкция была серьезным обновлением существующих систем. Схема могла точно измерять оптическую поверхность с отклонениями в 1 нм. Фазовый сдвиг был получен путем перемещения исследуемой части с помощью пьезоэлектрического трансляционного столика. [12] [13] Нежелательным побочным эффектом перемещения тестовой части является то, что расфокусировка также перемещается, искажая полосы. Еще одним недостатком подхода Зоммаргрена является то, что он создает малоконтрастные полосы. [14] а попытка регулировать контраст также изменяет измеряемый волновой фронт.
Системы PDI, использующие оптоволокно
[ редактировать ]В точечном дифракционном интерферометре этого типа точечным источником является одномодовое волокно. Торцевая грань заужена и напоминает конус, а для уменьшения светорассеивания покрыта металлической пленкой. Волокна устроены таким образом, что они генерируют сферические волны как для тестирования, так и для сравнения. Известно, что конец оптического волокна генерирует сферические волны с точностью, превышающей . [15] Хотя PDI на основе оптического волокна обеспечивают некоторое преимущество по сравнению с системой на основе одного точечного отверстия, их сложно изготовить и юстировать.
Двухлучевой фазосдвигающий PDI
[ редактировать ]Двухлучевой PDI обеспечивает большое преимущество перед другими схемами, поскольку использует два независимо управляемых луча. Здесь тестовый луч и эталонный луч перпендикулярны друг другу, при этом интенсивность эталонного излучения можно регулировать. Аналогичным образом можно получить произвольные и стабильные фазовые сдвиги относительно тестового луча, сохраняя тестовую часть статичной. Схема, показанная на рисунке 4, проста в изготовлении и обеспечивает удобные для пользователя условия измерения, аналогичные интерферометрам типа Физо. При этом оказывает следующие дополнительные преимущества:
- Абсолютная форма поверхности испытуемой детали.
- Высокая числовая апертура (NA = 0,55).
- Четкие бахромчатые узоры высокой контрастности.
- Высокая точность контроля формы поверхности (СКЗ погрешности волнового фронта 0,125 нм).
- Простая среднеквадратическая повторяемость 0,05 нм.
- Может измерять деполяризующие тестовые детали.
Устройство самореферентно, поэтому его можно использовать в средах с сильными вибрациями или при отсутствии опорного луча, например, во многих сценариях адаптивной оптики и коротковолновых волн.
Применение PDI
[ редактировать ]Интерферометрия использовалась для различных количественных характеристик оптических систем, указывающих на их общую производительность. Традиционно интерферометры Физо использовались для обнаружения оптических или полированных форм поверхности, но новые достижения в области точного производства сделали возможной промышленную точечную дифракционную интерферометрию. PDI особенно подходит для измерений с высоким разрешением и высокой точностью как в лабораторных условиях, так и в шумных заводских цехах. Отсутствие опорной оптики делает метод пригодным для визуализации абсолютной формы поверхности оптических систем. Поэтому PDI однозначно подходит для проверки эталонной оптики других интерферометров. Это также чрезвычайно полезно при анализе оптических сборок, используемых в лазерных системах. Характеристика оптики для УФ-литографии. Контроль качества прецизионной оптики. Проверка фактического разрешения оптической сборки. Измерение карты волнового фронта, создаваемой рентгеновской оптикой. PS-PDI также можно использовать для проверки номинального разрешения космической оптики перед ее развертыванием.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Линник, В.П. (1933). «Простой интерферометр для исследования оптических систем». ЧР акад. наук. УРСС . 5 : 210.
- ^ Смартт, Р.Н.; WH Steel (1975). «Теория и применение точечно-дифракционных интерферометров». Японский журнал прикладной физики . 14 (С1): 351–356. Бибкод : 1975JJAPS..14..351S . дои : 10.7567/jjaps.14s1.351 . S2CID 121804757 .
- ^ Смартт, Р.Н.; Стронг, Дж. (1972). «Точечный дифракционный интерферометр». Журнал Оптического общества Америки . 62 : 737. Бибкод : 1974JOSA...62..737S .
- ^ Jump up to: а б Нил, Роберт М.; Вайант, Джеймс К. (20 мая 2006 г.). «Поляризационный фазосдвигающий точечный дифракционный интерферометр». Прикладная оптика . 45 (15): 3463–3476. Бибкод : 2006ApOpt..45.3463N . дои : 10.1364/AO.45.003463 . hdl : 10150/280372 . ISSN 1539-4522 . ПМИД 16708090 .
- ^ Jump up to: а б Вознесенский, Николай; Вознесенская, Мария; Петрова, Наталья; Абельс, Артур (18 декабря 2012 г.). Мазурей, Лоран; Вартманн, Рольф; Вуд, Эндрю П; де ла Фуэнте, Марта С; Тиссо, Жан-Люк М; Рейнор, Джеффри М; Киджер, Тина Э; Дэвид, Стюарт; Бенитес, Пабло; Смит, Дэниел Дж.; Выровски, Фрэнк; Эрдманн, Андреас (ред.). «Выравнивание фазосдвигающих интерферограмм в двухлучевом точечном дифракционном интерферометре» . Проектирование оптических систем 2012. 8550 . Международное общество оптики и фотоники: 85500R–85500R–8. дои : 10.1117/12.980910 . S2CID 123535031 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Jump up to: а б «Продукт — Дифротек» . difrotec.com . Проверено 20 марта 2017 г.
- ^ Квон, Осук (февраль 1984 г.). «Многоканальный фазосдвинутый интерферометр». Оптические письма . 9 (2): 59–61. Бибкод : 1984OptL....9...59K . дои : 10.1364/ол.9.000059 . ПМИД 19718235 .
- ^ Медеки, Гектор (1996). «Дифракционный интерферометр с фазосдвигающей точкой». Оптические письма . 21 (19): 1526–1528. Бибкод : 1996OptL...21.1526M . дои : 10.1364/OL.21.001526 . ПМИД 19881713 .
- ^ Нолло, Патрик (1999). «Точечный дифракционный интерферометр с фазовым сдвигом в крайнем ультрафиолете: инструмент для метрологии волнового фронта с субангстремовой точностью опорной волны». Прикладная оптика . 38 (35): 7252–7263. Бибкод : 1999ApOpt..38.7252N . дои : 10.1364/ao.38.007252 . ПМИД 18324274 .
- ^ Отаки, Кацура; Бонно, Флориан; Итихара, Ютака (1 января 1999 г.). «Абсолютное измерение сферической поверхности с помощью точечного дифракционного интерферометра». Оптическая инженерия для зондирования и нанотехнологий (ICOSN '99). 3740 : 602–605. Бибкод : 1999SPIE.3740..602O . дои : 10.1117/12.347755 . S2CID 119631152 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Интерферометр» . str.llnl.gov . Проверено 20 марта 2017 г.
- ^ GE Sommargren, Патент США №. 554840 1996г.
- ^ Ри, Хюг-Гё; Ким, Сын У (01 октября 2002 г.). «Измерение абсолютного расстояния методом двухточечной дифракционной интерферометрии». Прикладная оптика . 41 (28): 5921–5928. Бибкод : 2002ApOpt..41.5921R . дои : 10.1364/AO.41.005921 . ISSN 1539-4522 . ПМИД 12371550 .
- ^ Вознесенский, Николай; Вознесенская, Мария; Петрова, Наталья; Абельс, Артур (13 мая 2013 г.). «Концепция, реализация и характеристики двухлучевого фазосдвигающего точечного дифракционного интерферометра» . В Леманне, Питер Х; Остен, Вольфганг; Альбертацци, Армандо (ред.). Оптические измерительные системы для промышленного контроля VIII . Том. 8788. Международное общество оптики и фотоники. С. 878805–878805–13. дои : 10.1117/12.2020618 . S2CID 109782639 .
- ^ Чхало, Николай И.; Клюенков Евгений Б.; Пестов Алексей Евгеньевич; Раскин, Денис Г.; Салащенко Николай Н.; Торопов, Михаил Н. (1 января 2008 г.). «Изготовление и исследование объективов для установок литографии сверхвысокого разрешения». Микро- и наноэлектроника 2007 . Слушания SPIE. 7025 : 702505–702505–6. Бибкод : 2008SPIE.7025E..05C . дои : 10.1117/12.802351 . S2CID 55343344 .
- ^ «Difrotec D7 — это высокоточный промышленный точечный дифракционный интерферометр» . www.difrotec.com . Проверено 28 апреля 2017 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Убедитесь, что космическая камера готова к работе перед развертыванием : практический пример производителя интерферометров Difrotec OÜ.