Способ измерения оптической неоднородности прозрачных сред и формы отражающих поверхностей и интерферометр сдвига для его осуществления (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к оптическим методам измерения неоднородности прозрачных сред и формы отражающих поверхностей мeтoдaми сдвиговой интерферометрии, может быть использовано для получения данных о распределении термодинамических параметров и концентрации компонента в газах и газовых смесях, а также о качестве оптических детйлей, например пластин, линз, зеркал и т.п.

Целью изобретения является устранение неопределенности, связанной с положением фронта световой волны относительно оси светового пучка.

На фиг, 1 приведена схема двух- лучевого интерферометра бокового сдвига с частично гибким зеркалом, (показан; ход лучей в интерферометре) на фиг. 2 - схема интерферометра с оптнгческой пластиной, компенсирующей сдвиг волновых фронтов на части апертуры; на фиг. 3 - характер изменения величины сдвига 5 волновых фронтов от пространственной координаты X , принадлежащей плоскости предмета и Iiмeющeй то же направление, что и сдвиг волновых фронтов.

Величина сдвига волновых фронтов ПО апе ртур е изменяется в соответствии с фиг. 3. Ось X принадлежит пл.ос кости предмета, направления оси у и сдвига волновых фронтов S со.впада- ют. Характер зависимости S (х) сохраняется и для других сечений плоскости предмета, параллельных оси / на расстоянии не менее ширины полосы невозмущенной интерференционной картины .

Чувствительность интерферометра к оптическим искажениям, вносимым исследуемым объектом, в области (. ) равна нулю, и поэтому интерференционные полосы в окрестности отрезку {о,К ) на интерферограмме . исследуемого объекта то же положение, что и без него. На части интерферограммы, соответствующей участку (Х„,Х, ), чувствительность уэзеличивается и достигает в точке ); значения, свойственного всей остальной апертуре (. ).

В случае взаимно перпенд1тсулярног направления интерференционных полос и сдвига счет полос ведется на ин- терферограммах с исследуемым объектом и без него от полосы в области (о, Х(, ). Сравнивая положение соответствующих полос на зтих интер

S

0

5

0

5

0

5

0

5

ферограммах, можно определить угол наклона касательных к сечению волнового фронта и тем самым искл 10чить ошибку, имеющую вид оптического клина .

В случае параллельного направления интерференционных полос и сдвига на интерферограмме полосы участка (о, Х, ) сопрягаются в области ( Хд, X, ) с полосами основной интерференционной картины ( )Ч)2 - fs.K как независимо от возмущения фронта световой волны некоторые интерференционные полосы фиксированы на участке интерферограммы (о,Хо ), то легко определить отклонение всех полос от своего положения на интерферограмме исследуемого объекта.

Реализовать показанное на фиг. 3 распределение значения сдвига по апертуре можно с помощью интерферометров, построенных по схемам, изображенным на фиг. 1 и 2. .

Расходящийся световой пучок источника 1 (фиг. 1) направлен свето- делительной пластиной 2 к исследуемому объекту и зеркалу 3. Отраженный от последнего сходящт-шся свето- . вой пучок разделен светоделительной пластиной 4 на два пучка, направленных к зерв алам 5 и 6. В результате отражения одного пучка от зеркала 5, а другого от зеркала 6 и светодели- тельной пластины 7 в плоскости набгао- дения 3 имеет место интерферепцион-- ная картина. Зеркало 6 совместно со светоделителтзНЫ1- и пластинами 2, 7 и зеркалом 3 формирует изображение 8 источника I, а зеркало 5- изображение 9 источника 1. В отличие от зеркала 6 зеркало 5 своей гибкой частью формирует изображение 10 источника I. Участок интерференционной картины ( Х , X,, ), создается изображениями 8 и 9 источника, положение которых определяется соответственно зеркалом 6 и плоской частью зеркала 5 ( ь часток 5.1, фиг. 2). Участок интерферограммы (о,х ) получается от изображений 8 и 10 источника, т.е. с помощью зеркала 6 и гибкой части зеркала 5 (участок 5.2).

После обычной настройки интерферометра бокового сдвига на конечную Ш1рину полос, определяемую расстоянием между изображениями 8 и 9 источника, и введения сдвига поворотом светоделительной пластины 7 по обеим сторонам интерференционной картины в

направлении сдвига имеют место два участка апертуры, каждый равный величине сдвига, на которых интерференция не существует. Изгибая с помощью элемента И часть зеркала 5, в одном из назначенных участков создают интерференционную картину.

В интерферометре, схема которого показана на фиг. 3,оптическая пластина 12 за счет своей части, имею- щей вид, например, цилиндрической линзы, выполняет те же функции, что и гибкая часть зеркала 5. В этом случае при данном сЬокусе цилиндрической части пластины 12 компенсиру- ют некоторый интервал значений сдвига ее перемещением вдоль хода лучей .

Формула изоб ретения

I. Способ измерения оптической неоднородности прозрачных сред и формы отражающих поверхностей, включающий направление световой волны на исследемый объект, деление световой волны по амплитуде по всей опертуре на две световые волны после прохождения объекта, сдвиг одной из них в плоскости, перпендикулярной направлению распространения световой волны относительно другой, и регистрацию полученной в результате сдвига интерференционной картины, по которой определяют оптическую неоднородность среды и форму отражающей поверхности отличающийся тем, что, с целью устранения неопределенности, связанной с положением фронта световой волны относительно оси светового пучка, осуществляют аберрацию одной из световых волн на участке апертуры величина которого на порядок меньше всей апертуры, а сдвиг световой волны производят путем сдвига этого участка с плавным изменением величины сдвига в виде непрерьгоно возраста кщей функции, изменяющейся от нуля до величины, равной сдвигу на границе участка апертуры с остальной апертурой.

j

ю

20

5

0

5

0

2.Интерферометр сдвига для измерения оптической неоднородности прозрачных сред и формы отражающих поверхностей, содержащий источник света и последовательно расположенные по ходу его световой волны светодели- тёльную пластину и два зеркала, расположенных на пути каждой из световых волн, идущих от светоделительной пластины, вторую светоделительную пластину, оптически связанную с обоими зеркалами, отличающий- с я тем, что , с целью устранения неопределенности, связанной с положением фронта световой волны относительно оси светового пучка, между первой.и второй светоделительными пластинами по ходу введена прозрачная оптическая пластина переменной толщины на участке ее поверхности, размеры которого на порядок меньше рабочей поверхности. пластины.

3.Интерферометр сдвига для измерения оптической неоднородности про зрачных сред и формы отражающих поверхностей, содержащий источник света и последовательно расположенные по ходу его световой волны светоделительную пластину и два зеркала, расположенных на пути каждой: из световых волн, ИДУП1ИХ от светоделитель- Ной пластины, вторую светоделительную пластину, оптически связанную с обоими зеркалами, отличающийся тем, что, с целью устранения неопределенности, связанной с положением фронта световой волны,-, относительно оси светового пучка на одном из зеркал на участке, величина которого на порядок меньще рабочей поверхности зеркала, выполнено искривление рабочей поверхности зеркала.

4.Интерферометр сдвига по п. 3, отличающийся тем, что искривление рабочей поверхности зеркала выполнено регулируемым.

Иссле%емая неоднородность

w&.2

Изобретение относится к оптическим методам измерения неоднородности прозрачных сред и формы отражающих поверхностей методами сдвиf Нсследувмая мвовноровность говой интерферометрии, С целью устранения неопределенности, связанной с положением фронта световой волны относительно оси светового пучка, осуществляют аберрацию одной из световых волн на участке апертуры, величина которой на порядок меньше всей апертуры, а сдвиг световой волны производят путем сдвига этого участка с плавным изменением величины сдвига в виде непрерьгено возрастающей функции, изменяющейся от нуля до величины, равной сдвигу на границе указанного участка апертуры с остальной апертурой. Для этого в интерферометр сдвига в один из пучков помещают аберрационный элемент в виде прозрачной оптической пластины переменной толщины на участке ее поверхности или на одном из зеркал искривляют участок рабочей поверхности. 3 с. и 1 3.п. ф-лы, 3 ил. % (Л Фи&1

2 -f.

Составитель С, Голубев Редактор Н. Швыдкая Техред М.Ходанич Корректор М. Самборская

Заказ 3282/44 Тираж 778Подписное

ВНИКЛИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фмг.З