Точечный дифракционный интерферометр - Point diffraction interferometer

Рисунок 1: Базовая схема системы PDI, где опорный пучок генерируется отверстием, вытравленным на полупрозрачной пленке.

Точка дифракционной интерферометр (ППД) представляет собой тип общего пути интерферометра . В отличие от интерферометра с разделением амплитуды , такого как интерферометр Майкельсона , который выделяет неаберрированный луч и интерферирует его с тестовым лучом, интерферометр с общим трактом генерирует свой собственный опорный луч. В системах PDI тестовый и эталонный лучи проходят один или почти один и тот же путь. Такая конструкция делает PDI чрезвычайно полезным, когда изоляция от окружающей среды невозможна или требуется сокращение количества точной оптики. Опорный луч создается из части тестового луча путем дифракции в небольшом отверстии в полупрозрачном покрытии. Принцип PDI показан на рисунке 1.

Устройство похоже на пространственный фильтр . Падающий свет фокусируется на полупрозрачную маску (пропускание около 0,1%). В центре маски есть отверстие размером с диск Эйри , и луч фокусируется на это отверстие с помощью линзы с преобразованием Фурье. Нулевой порядок (низкие частоты в пространстве Фурье ) затем проходит через отверстие и интерферирует с остальной частью луча. Передача и размер отверстия выбираются таким образом, чтобы уравновесить интенсивность тестового и эталонного лучей. Устройство аналогично работе с фазово-контрастной микроскопией .

Разработка в системах PDI

Рисунок 2: Интерферометр Физо требует оптической оптики. Очень важно, чтобы эталонная оптика (плоская) была почти идеальной, потому что она сильно влияет на форму измеряемой поверхности тестового объекта.

Системы PDI являются ценным инструментом для неразрушающего измерения абсолютных характеристик поверхности оптических или отражающих приборов. Общий дизайн путь устраняет необходимость наличия эталонной оптики, которые, как известно, чтобы перекрывать абсолютную форму поверхности тест-объекта с его собственными ошибками формы поверхности. Это главный недостаток систем с двойным трактом, таких как интерферометры Физо, как показано на рисунке 2. Точно так же конструкция обычного тракта устойчива к внешним помехам.

Основной критик оригинальной конструкции является (1), что требуемая низкой передача снижает эффективность, и (2), когда луч становится слишком аберрирован, интенсивность на оси уменьшается, и меньше светы доступна для опорного луча, что приводит к потере контраста бахромы. Пониженная передача была связана с пониженным отношением сигнал / шум. Эти проблемы в значительной степени решаются в конструкциях точечного дифракционного интерферометра со сдвигом фазы, в которых решетка или светоделитель создает множество идентичных копий луча, падающего на непрозрачную маску. Испытательный луч проходит через довольно большое отверстие или апертуру в мембране без потерь из-за поглощения; опорный луч фокусируется на точечное отверстие для максимальной передачи. В случае, основанном на решетке, фазовый сдвиг выполняется путем перемещения решетки перпендикулярно линям, в то время как записывается несколько изображений. Постоянные разработки в области PDI с фазовым сдвигом позволили достичь точности на несколько порядков выше, чем у стандартных систем на основе Физо.

Версии с фазовым сдвигом [см. " Интерферометрия" ] были созданы для повышения разрешения и эффективности измерений. К ним относятся интерферометр с дифракционной решеткой Kwon и точечный дифракционный интерферометр с фазовым сдвигом.

Типы фазосдвигающих систем PDI

Фазовый PDI с одиночным отверстием

Рисунок 3: Конструкция точечного дифракционного интерферометра с фазовым сдвигом, предложенная Гэри Соммаргреном.

Гэри Соммаргрен 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 позволяла точно измерять оптическую поверхность с вариациями в 1 нм. Фазовый сдвиг был получен путем перемещения испытательной детали с помощью пьезоэлектрического трансляционного столика. Нежелательным побочным эффектом перемещения тестовой детали является то, что расфокусировка также перемещается, искажая полосы. Еще одним недостатком подхода Соммаргрена является то, что он создает полосы с низким контрастом, а попытка регулировать контраст также изменяет измеренный волновой фронт.

Системы PDI с использованием оптических волокон

В этом типе точечного дифракционного интерферометра точечный источник представляет собой одномодовое волокно. Торцевая поверхность заужена, чтобы напоминать конус, и покрыта металлической пленкой для уменьшения световых лучей. Волокно устроено так, что оно генерирует сферические волны как для тестирования, так и для справки. Известно, что конец оптического волокна генерирует сферические волны с точностью более чем . Хотя PDI на основе оптического волокна обеспечивают некоторое преимущество по сравнению с системой на основе одиночного точечного отверстия, их сложно изготовить и настроить.

Дифракционный интерферометр с фазовым сдвигом
Рисунок 4: Двухлучевой точечный дифракционный интерферометр с фазовым сдвигом, где опорный луч может независимо регулироваться для фазового сдвига и регулирования контраста

Двухлучевой фазосдвигающий ИПД

Двухлучевой PDI обеспечивает главное преимущество перед другими схемами за счет использования двух независимо управляемых лучей. Здесь тестовый луч и эталонный луч перпендикулярны друг другу, что позволяет регулировать интенсивность эталонного излучения. Точно так же можно получить произвольные и стабильные фазовые сдвиги относительно испытательного луча, сохраняя неподвижную испытательную деталь. 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:

  1. Абсолютная форма поверхности исследуемой детали.
  2. Высокая числовая апертура (NA = 0,55).
  3. Четкие узоры с бахромой и высокой контрастностью.
  4. Высокая точность контроля формы поверхности (среднеквадратичная ошибка волнового фронта 0,125 нм).
  5. Повторяемость среднеквадратичного значения волнового фронта 0,05 нм.
  6. Может измерять деполяризующие тестовые детали.

Устройство автореферентное, поэтому он может быть использован в средах с большим количеством колебаний или при отсутствии опорного пучка не доступен, например, во многих адаптивной оптики и сценариев коротковолновых.

Абсолютная форма поверхности, полученная методом фазосдвигающей интерферометрии с использованием промышленного точечного дифракционного интерферометра, производимого Difrotec.
Абсолютная форма поверхности, полученная методом фазосдвигающей интерферометрии с использованием промышленного точечного дифракционного интерферометра производства Difrotec.

Приложения PDI

Интерферометрия использовалась для различных количественных характеристик оптических систем, указывающих на их общие характеристики. Традиционно интерферометры Физо использовались для обнаружения форм оптических или полированных поверхностей, но новые достижения в прецизионном производстве сделали возможной промышленную точечную дифракционную интерферометрию. PDI особенно подходит для измерений с высоким разрешением и высокой точностью в лабораторных условиях и в шумных производственных цехах. Отсутствие эталонных оптики делает способ подходит для визуализации абсолютной формы поверхности оптических систем. Таким образом, ИПД уникально подходит для проверки эталонной оптики других интерферометров. Он также чрезвычайно полезен 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 с помощью рентгеновской оптики. PS-PDI также можно использовать для проверки номинального разрешения космической оптики перед развертыванием.

Смотрите также

Интерферометрия

Ссылки

  1. ^ Линник, WP (1933). «Простой интерферометр для исследования оптических систем». CR Acad. Sci. URSS . 5 : 210.
  2. ^ Смартт, РН; WH Steel (1975). «Теория и применение точечных дифракционных интерферометров» . Японский журнал прикладной физики . 14 (S1): 351–356. Bibcode : 1975JJAPS..14..351S . DOI : 10.7567 / jjaps.14s1.351 . Архивировано из оригинала на 2013-02-18 . Проверено 29 февраля 2012 года .
  3. ^ Смартт, РН; Стронг, Дж. (1972). «Точечный дифракционный интерферометр». Журнал Оптического общества Америки . 62 : 737. Bibcode : 1974JOSA ... 62..737S .
  4. ^ a b Нил, Роберт М .; Вайант, Джеймс С. (20 мая 2006 г.). «Поляризационный фазосдвигающий точечно-дифракционный интерферометр». Прикладная оптика . 45 (15): 3463–3476. Bibcode : 2006ApOpt..45.3463N . DOI : 10,1364 / AO.45.003463 . ЛВП : 10150/280372 . ISSN  1539-4522 .
  5. ^ a b Вознесенский, Николай; Вознесенская, Мария; Петрова Наталья; Абельс, Артур (2012-12-18). «Совмещение фазосдвигающих интерферограмм в двухлучевом точечном дифракционном интерферометре» . Дизайн оптических систем 2012. 8550 . Международное общество оптики и фотоники: 85500R – 85500R – 8. DOI : 10.1117 / 12.980910 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  6. ^ a b «Продукт - Дифротек» . difrotec.com . Проверено 20 марта 2017 .
  7. ^ Kwon, Osuk (февраль 1984). «Многоканальный фазосдвинутый интерферометр». Письма об оптике . 9 (2): 59–61. Bibcode : 1984OptL .... 9 ... 59K . DOI : 10.1364 / ol.9.000059 . PMID  19718235 .
  8. ^ Medecki, Гектор (1996). «Точечный дифракционный интерферометр с фазовым сдвигом». Письма об оптике . 21 (19): 1526–1528. Bibcode : 1996OptL ... 21.1526M . DOI : 10.1364 / OL.21.001526 .
  9. ^ Naulleau, Патрик (1999). «Экстремальный-ультрафиолетовый фазосдвигающая точка-дифракционный интерферометр: а волновой фронт метрология инструмент с subangstrom точностью опорной волны». Прикладная оптика . 38 (35): 7252–7263. Bibcode : 1999ApOpt..38.7252N . DOI : 10,1364 / ao.38.007252 . PMID  18324274 .
  10. ↑ Отаки, Кацура; Бонно, Флориан; Итихара, Ютака (1 января 1999). «Абсолютное измерение сферической поверхности с помощью точечного дифракционного интерферометра». Оптическая инженерия для зондирования и нанотехнологий (ICOSN '99). 3740 : 602–605. DOI : 10.1117 / 12.347755 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  11. ^ "Интерферометр" . str.llnl.gov . Проверено 20 марта 2017 .
  12. ^ GE Sommargren, Патент США № 554840 1996 г.
  13. ^ Ри, Hyug-Г; Ким, Сын Ву (01.10.2002). «Измерение абсолютных расстояний методом двухточечной дифракционной интерферометрии». Прикладная оптика . 41 (28): 5921–5928. Bibcode : 2002ApOpt..41.5921R . DOI : 10,1364 / AO.41.005921 . ISSN  1539-4522 . PMID  12371550 .
  14. ^ Вознесенский, Николай; Вознесенская, Мария; Петрова Наталья; Абельс, Артур (13.05.2013). «Концепция, реализация и характеристики двухлучевого фазосдвигающего точечного дифракционного интерферометра» . Оптические измерительные системы для промышленного контроля VIII . 8788 . Международное общество оптики и фотоники. С. 878805–878805–13. DOI : 10.1117 / 12.2020618 .
  15. ^ Чхало, Николай I .; Клюенков, Евгений Б .; Пестов, Алексей Е .; Раскин, Денис Г .; Салащенко Николай Н .; Торопов, Михаил Николаевич (01.01.2008). «Изготовление и исследование линз объектива для литографических установок сверхвысокого разрешения». Труды SPIE. 7025 : 702505–702505–6. DOI : 10.1117 / 12.802351 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  16. ^ «Difrotec D7 - высокоточный точечный дифракционный интерферометр промышленного назначения» . www.difrotec.com . Проверено 28 апреля 2017 .

внешние ссылки