Способ записи двухэкспозиционной голографической интерферограммы Советский патент 1993 года по МПК G01B9/21 

(иммерсионный метод), при использовании двух длин волн AI и Лг (метод двух длин волн) и при различных углах освещения объекта плоским световым фронтом (метод смещенного источника). При восстановлении образуются два изображения, которые интерферируют, образуя топографическую картину объекта.

Наиболее близким как по назначению, так и по физической сущности является способ регистрации двух голограмм объекта на одной фотопластинке, когда перед регистрацией второй голограммы изменяют угол падения в одним из интерферирующих пучков с помощью поворота зеркала и одновременно и соответственно поступательно сдвигают фотопластинку. Этот способ, описанный в работе 3, нами принят за прототип. Способ предусматривает получение топографических полос или истинных линий равного уровня, отображающих рельеф исследуемой поверхности через следы сечения на поверхностиобъекта эквидистантными плоскостями, перпендикулярными к направлению наблюдения.

Недостатком способа-прототипа является необходимость производить независимо установку двух элементов схемы- и зеркала, и фотопластинки, что приводит к неконтролируемому изменению ошибки в измерении рельефа исследуемой поверхности. Кроме того, в случае только поворота зеркала после интерференции, определяемое площадью взаимного пересечения световых потоков, ограничено и может при больших углах поворота оказаться за пределами исследуемого объекта. К недостатку способа прототипа можно отнести и то, что поступательный сдвиг фотопластинки перед второй экспозицией приводит к неопре- деленности положения изображения исследуемого объекта на величину сдвига, и чем больше этот сдвиг, тем менее точно определяется местоположения изображения объекта на величину сдвига, и чем больше этот сдвиг, тем менее точно определяется местоположение изображения объекта на фотопластинке.

Целью изобретения является обеспечение освещения одного и того же участка поверхности при записи голограмм.

Поставленная цель достигается в предлагаемом способе, в котором также, как и в прототипе, освещают объект пучком когерентного излучения, записывают на фотопластинке голограмму объекта, измеряют угол падения освещающего пучка на поверхность объекта и вновь записывают голограмму на ту же фотопластинку.

В отличие от прототипа, в соответствии с предлагаемым способом обеспечивается освещение одного и того же участка поверхности при записи голограмм, при изменении угла падения поворотом пучка относительно оси, лежащей в плоскости поверхности объекта и проходящей через точку падения освещающего пучка на поверхность объекта.

Отличительные особенности предлагаемого способа позволяют при изменении положения перед второй экспозицией элемента схемы регистрации-зеркала (без изменения положения фотопластинки)

практически не менять места падения светового пучка на поверхность объекта. При этом возникающая погрешность в смещении места падения светового пучка на объект, а значит и в измерении параметров

рельефа поверхности объекта по интерференционным полосам, будет не более 10%. Это соответствует допускаемому пределу в ошибке измерения шага интерференционных полос при фотографической регистрации.

На фиг. 1 показана кинематическая схема поворота и смещения светового пучка; на фиг. 2 - схема зондирования поверхности объекта по предлагаемому способу; на фиг,

з - видимая величина шага интерференционных полос на поверхности объекта.

Рассмотрим кинематическую схему (см. фиг. 1) для одновременного поворота и смещения зеркала на основе синусного рычажного механизма А. Там же показан ход зондирующего поверхность объекта светового пучка и направление регистрации рельефа поверхности.

Синусный рычажный механизм состоит

из двух вращательных кинематических пар Bi и В2, двух поступательных кинематических пар Пг и П2 и механической жесткой связи R (стержня), которая соединяет оси двух вращательных кинематических nap Bi

и Ё2. Зеркало 3 жестко закреплено на связи под углом 45° к ней на оси вращения пары В2 (см. фиг. 1). Сформированный параллельный световой пучок падает на зеркало 3 по направлению Л, отражается от зеркала 3 и

освещает исследуемую плоскость объекта М.

Объект М устанавливается на отдельной

подставке в средней части отрезка BiC, т.е.

в средней части длины радиуса при ai О

(фиг. 1). В этом случае при малых смещениях

зеркала на величину Ь, которая определяется функцией положения синусного рычажного механизма b - 2R sin „ (на фиг. 1 показан случай, когда «Гмало или равно

нулю, тогда аи - а о), отраженный лазерный луч от зеркала 3 (согласно закону Снел- лиуса угол падения светового луча равен углу отражения) будет попадать в одну и ту же точку объекта М. На фиг. 1 показан ход осевого лазерного луча, который попадает в точку А на объекте М под углом 2 о, если поворот синусного механизма (а с ним и зеркала 3} произойдет на угол а.

Рассеянное от объекта М лазерное излучение в направлении Р попадает на фотопластинку Ф, на которой регистрируются две голограммы объекта при двух положениях зеркала. На фотопластинку также падает и опорный лазерный пучок в направлении On.

Рассмотрим ход лучей при двух положениях зеркала, определяемых углами а и GS (см. фиг. 2). В обоих случаях лазерный луч, отразившись от зеркала, попадает в некоторые точки AI и А2, соответственно расположенные на отрезке BiC, т.е. в месте размещения плоскости исследуемого объекта. Критерием совпадения попадания лазерных лучей на поверхности объекта выберем разность д между отрезками AiC и АзС (см. фиг. 2) при двух поворотах/зеркала на углы а и ог. Из треугольников в а ОД, В{ СД, Ва од и учетом закона Снелли- уса, и, делая простые тригонометрические преобразования, получим:

отстоят друг от друга на величину Ah 5. и для нашего случая имеет вид

Ah

sin

;/2 в я

ТСоа 1 ( - «Г}1 2

(4)

где А - длина волны зондирующего излуче- ния:

2( Ой - «О - угол между освещающими объект пучками света.

В этом случае видимая величина шага интерференционных полос будет равна (см. фиг. 3):

Д

дм

S H«z-ai) 2sin2(as-ai)

(5)

Ошибка в расположении интерференционных полос, которые характеризуют линии равного уровня рельефа поверхности как правило не должна превышать 10%. Из отношения выражений (3) и (5) найдем эту ошибку:

( w 3 v cos 05 cos ом

(-ai)RsJn2( {6)

Изобретение относится к измерительной технике и голографической интерферометрии. Цель изобретения - освещение одного и того же участка поверхности при записи голограммы. Изобретение позволяет получать двухэкспозиционную голограмму, из интерференционной картины которой можно определять топограмму поверхности объектов с повышенной точностью. Объект освещает пучком когерентного излучения и записывают на фотопластинке его голограмму. Затем изменяют угол падения освещающего пучка на поверхность объекта и вторично записывают голограмму на ту же фотопластинку того же объекта. Причем пучок поворачивают относительно оси, лежащей в плоскости поверхности объекта и проходящей через точку падения освещающего пучка на поверхность объекта. Это достигается применением свойств синусного рычажного механизма. При этом при записи голограммы обеспечивается освещение одного и того же участка на поверхности объекта.3 ил. Существует ряд методов измерения рельефа поверхности: иммерсионный 1, метод двух длин волн 2 и метод смещенного источника. В перечисленных выше методах предусматривается регистрация двух голограмм объекта на одной фотопластинке с различными показателями преломления щ и nj fe 00 00 Os СК ю ю со

А1С ЈЈЈ+«.(2tg2«i

(2COSO5

R

(J -AiC-A2C Ј(

1

2 v cos «2

Полученные выражения включают в себя постоянную величину R - длина механической жесткой связи и переменный угол а,

Как видно из выражения (3) 0VO при а «2, а значит при каждом случае регистрации рельефа поверхности методом смещенного источника будет возникать смещение места падения лазерного луча на обьект на величину д. что будет вносить ошибку в измерения параметров рельефа.

Рассмотрим величину этой систематической ошибки при измерениях рельефа поверхности. В методе смещенного источника определения рельефа поверхности интерференционные полосы являются следами пересечения поверхности объекта секущими параллельными плоскостями, которые

-«1)(

1

1

cos 05 cos ai

)

0

0

В нашем случае условие, чтобы ошибка не превышала 10%. выполняется для углов 2° при длине зондирования А 0,694 мкм. Это соответствует величинам Ah 12 мкм, которые практически и используются в исследованиях рельефа поверхности.

Рассмотрим характеристику технико- экономической эффективности предложен- ного способа. При использовании предложенного способа для записи двухэк- спозиционной. гологрзфической интерфе- рограммы неопределенность в положении изображения объекта на фотопластинке, благодаря установке одного элемента в схе- ме регистрации-зеркала, будет равна 0,12 мм для Ah 100 мкм. В способе-прототипе данная ошибка составляет 3.5 мм. Предлагаемый способ предусматривает получение истинных линий равного уровня рельефа поверхности.

Предлагаемый способ может найти применение в экспериментах по исследованию рельефа поверхности диффузно отражающих объектов практически любой формы с

точностью до одной десятой видимой величины шага интерференционных полос на поверхности объекта.

Формула иэоб ре тения Способ записи двухэкспозиционной го- лографической интерферограммы, заключающийся в том, что освещают объект пучком когерентного излучения, записывают на пластинке голограмму объекта, измеряют угол падения освещающего пучка на повер

хностъ объекта и вновь записывают голограмму объекта на ту же фотопластинку, о т- личэющийся тем, что, с целью обеспечения освещения одного и того же участка поверхности при записи голограмм, при изменении угла падения поворачивают пучок относительно оси, лежащей в плоскости поверхности объекта и проходящей через точку падения освещающего пучка на поверхность объекта.

Фиг. I

Фиг. 3

Редактор Т.Куркова

Составитель И.Калиниченко

Техред М. Моргентал Корректор Н.Кешеля

1836622

Б1