Bodový difrakční interferometr - Point diffraction interferometer

Obrázek 1: Základní rozložení systému PDI, kde je referenční paprsek generován dírkou vyleptanou na poloprůhledný film

A bodový difrakční interferometr (PDI)[1][2][3] je typ interferometr se společnou cestou. Na rozdíl od interferometr dělící amplitudu, jako je a Michelsonův interferometr, který odděluje neomezený paprsek a interferuje s testovacím paprskem, generuje interferometr se společnou cestou svůj vlastní referenční paprsek. V systémech PDI cestují testovací a referenční paprsky stejnou nebo téměř stejnou cestou. Díky této konstrukci je PDI mimořádně užitečné, když izolace prostředí není možná nebo je vyžadováno snížení počtu přesné optiky. Referenční paprsek je vytvořen z části zkušebního paprsku difrakcí z malé dírky v poloprůhledném povlaku.[4][5] Princip PDI je znázorněn na obrázku 1.

Zařízení je podobné a prostorový filtr. Dopadající světlo je zaměřeno na poloprůhlednou masku (přibližně 0,1% propustnost). Ve středu masky je otvor o velikosti přibližně Vzdušný disk a paprsek je zaostřen na tento otvor pomocí Fourierovy transformační čočky. Nultý řád (nízké frekvence v Fourierův prostor ) poté prochází otvorem a zasahuje do zbytku paprsku. Přenos a velikost díry jsou vybrány tak, aby vyvážily intenzitu zkušebního a referenčního paprsku. Zařízení je provozně podobné mikroskopie s fázovým kontrastem.

Vývoj v PDI systémech

Obrázek 2: Fizeau interferometr vyžaduje referenční optiku. Je velmi důležité, aby referenční optika (plochá) byla téměř dokonalá, protože silně ovlivňuje tvar měřeného povrchu testovaného objektu.

Systémy PDI jsou cenným nástrojem pro nedestruktivní měření absolutních povrchových charakteristik optických nebo reflexních nástrojů. Návrh společné cesty eliminuje jakoukoli potřebu mít referenční optiku, o které je známo, že překrývá absolutní povrchovou formu testovaného objektu s vlastními chybami povrchové formy. To je hlavní nevýhoda dvoucestných systémů, jako jsou Fizeauovy interferometry, jak je znázorněno na obrázku 2. Podobně je společná konstrukce cesty odolná vůči okolním rušením.[4]

Hlavní kritika původního návrhu je (1), že požadovaný nízký přenos snižuje účinnost, a (2) když je paprsek příliš aberovaný, sníží se intenzita v ose a pro referenční paprsek je k dispozici méně světla, což vede ke ztrátě okrajového kontrastu. Snížený přenos byl spojen se sníženým poměrem signálu k šumu. Tyto problémy jsou do značné míry překonány v konstrukcích interferometru s fázovým posunem difrakčních interferometrů, ve kterých mřížka nebo dělič paprsků vytváří více identických kopií paprsku, který dopadá na neprůhlednou masku. Zkušební paprsek prochází poněkud velkým otvorem nebo otvorem v membráně, bez ztrát v důsledku absorpce; referenční paprsek je zaměřen na dírku pro nejvyšší propustnost. V instanci založené na mřížce je fázového posunu dosaženo překládáním mřížky kolmo k pravítkům, zatímco je zaznamenáno více obrazů. Pokračující vývoj fázového posuvu PDI dosáhl řádově přesnosti o řád větší než standardní systémy založené na Fizeau.[6]

Fázový posun [viz Interferometrie ] verze byly vytvořeny za účelem zvýšení rozlišení a efektivity měření. Mezi ně patří interferometr s difrakční mřížkou od Kwona[7] a interferometr s fázovým posunem.[5][6][8][9]

Typy systémů PDI s fázovým posunem

PDI s fázovým posunem s jednou dírkou

OBRÁZEK ​​3: Návrh interferometru s fázovým posunem podle bodu G, který navrhl Gary Sommargren[10]

Gary Sommargren[11] navrhl návrh bodového difrakčního interferometru, který přímo navazoval na základní návrh, kde byly pro testování použity části difrakčního vlnoplochy a zbývající část pro detekci, jak je znázorněno na obrázku 3. Tento návrh představoval významnou aktualizaci stávajících systémů. Schéma mohlo přesně měřit optický povrch s odchylkami 1 nm. Fázového posuvu bylo dosaženo pohybem testované části s fází piezoelektrického translace.[12][13] Nežádoucím vedlejším účinkem pohybu testovací části je to, že rozostření se také pohybuje a zkresluje okraje. Další nevýhodou přístupu Sommargren je to, že vytváří okraje s nízkým kontrastem [14] a pokus o regulaci kontrastu také upravuje měřené vlnoplochy.

PDI systémy využívající optická vlákna

U tohoto typu bodového difrakčního interferometru je bodovým zdrojem vlákno s jedním režimem. Koncová plocha je zúžena, aby připomínala kužel, a je pokryta kovovým filmem, aby se snížilo rozlití světla. Vlákno je uspořádáno tak, aby generovalo sférické vlny jak pro testování, tak pro odkazování. Je známo, že konec optického vlákna generuje sférické vlny s přesností větší než .[15] Ačkoli PDI založené na optických vláknech poskytují určitý pokrok oproti systému založenému na jedné dírkové dírce, je obtížné je vyrobit a sladit.

Interferometr s fázovým posunem difrakce
Obrázek 4: Dvoupaprskový difrakční interferometr s fázovým posunem, kde lze referenční paprsek nezávisle regulovat pro fázové posunutí a regulaci kontrastu

PDI se dvěma paprsky s fázovým posunem

Dvoupaprskový PDI poskytuje hlavní výhodu oproti jiným schématům tím, že využívá dva nezávisle řiditelné paprsky. Zde jsou zkušební paprsek a referenční paprsek navzájem kolmé, kde lze regulovat intenzitu odkazu. Podobně lze dosáhnout libovolného a stabilního fázového posunu vzhledem k testovacímu paprsku, který udržuje statickou část testu. Schéma zobrazené na obrázku 4 se snadno vyrábí a poskytuje uživatelsky přívětivé podmínky měření podobné interferometrům typu Fizeau. Zároveň poskytuje následující další výhody:

  1. Absolutní povrchová forma zkušebního dílu.
  2. Vysoká numerická clona (NA = 0,55).
  3. Jasné okrajové vzory vysokého kontrastu.
  4. Vysoká přesnost testování povrchové formy (chyba vlny RMS 0,125 nm).
  5. Opakovatelnost vlny RMS vpředu 0,05 nm.
  6. Umí měřit depolarizaci zkušebních dílů.

Zařízení je samoreferenční, proto ho lze použít v prostředích s velkými vibracemi nebo když není k dispozici žádný referenční paprsek, například v mnoha adaptivní optika a scénáře krátkých vln.

Absolutní povrchová forma získaná fázově posunutou interferometrií za použití průmyslového bodového difrakčního interferometru vyráběného společností Difrotec.
Absolutní povrchová forma získaná fázově posunutou interferometrií za použití průmyslového bodového difrakčního interferometru vyráběného společností Difrotec[16]

Aplikace PDI

Interferometrie byla použita pro různé kvantitativní charakterizace optických systémů indikujících jejich celkový výkon. Tradičně, Fizeauovy interferometry byly použity k detekci optických nebo leštěných povrchových forem, ale nový pokrok v přesné výrobě umožnil průmyslovou bodovou difrakční interferometrii. PDI je zvláště vhodný pro měření s vysokým rozlišením a vysokou přesností v laboratorních podmínkách do hlučných výrobních prostor. Nedostatek referenční optiky činí metodu vhodnou k vizualizaci absolutní povrchové formy optických systémů. Proto je PDI jednoznačně vhodný k ověření referenční optiky jiných interferometrů. Je také nesmírně užitečné při analýze optických sestav používaných v laserových systémech. Charakterizující optika pro UV litografii. Kontrola kvality přesné optiky. Ověření skutečného rozlišení optické sestavy. Měření mapy vlnoplochy produkované rentgenovou optikou. PS-PDI lze také použít k ověření jmenovitého rozlišení vesmírné optiky před nasazením.

Viz také

Interferometrie

Reference

  1. ^ Linnik, W. P. (1933). "Jednoduchý interferometr pro vyšetřování optických systémů". C. R. Acad. Sci. URSS. 5: 210.
  2. ^ Smartt, R. N .; W. H. Steel (1975). "Teorie a aplikace interferometrů s bodovou difrakcí". Japonský žurnál aplikované fyziky. 14 (S1): 351–356. Bibcode:1975JJAPS..14..351S. doi:10,7567 / jjaps.14s1,351. Archivovány od originál dne 18. 2. 2013. Citováno 29. února 2012.
  3. ^ Smartt, R. N .; Strong, J. (1972). "Bodový difrakční interferometr". Journal of the Optical Society of America. 62: 737. Bibcode:1974JOSA ... 62..737S.
  4. ^ A b Neal, Robert M .; Wyant, James C. (2006-05-20). "Polarizační fázový posunový bodový difrakční interferometr". Aplikovaná optika. 45 (15): 3463–3476. Bibcode:2006ApOpt..45,3463N. doi:10,1364 / AO.45.003463. hdl:10150/280372. ISSN  1539-4522.
  5. ^ A b Voznesenskiy, Nikolay; Voznesenskaia, Mariia; Petrova, Natalia; Abels, Artur (2012-12-18). „Zarovnání interferogramů s fázovým posunem v interferometru se dvěma paprskovými body difrakce“. Návrh optických systémů 2012. 8550. Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku: 85500R – 85500R – 8. doi:10.1117/12.980910. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  6. ^ A b „Produkt - Difrotec“. difrotec.com. Citováno 2017-03-20.
  7. ^ Kwon, Osuk (únor 1984). "Vícekanálový interferometr s fázovým posunem". Optická písmena. 9 (2): 59–61. Bibcode:1984OptL .... 9 ... 59K. doi:10,1364 / ol. 9,000059. PMID  19718235.
  8. ^ Medecki, Hector (1996). "Interferometr s fázovým posunem difrakce". Optická písmena. 21 (19): 1526–1528. Bibcode:1996OptL ... 21.1526M. doi:10.1364 / OL.21.001526.
  9. ^ Naulleau, Patrick (1999). „Extrémně ultrafialový fázový posunový difrakční interferometr: metrologický nástroj s vlnovou frontou a přesností subangstromu referenčních vln“. Aplikovaná optika. 38 (35): 7252–7263. Bibcode:1999ApOpt..38,7252N. doi:10,1364 / ao.38.007252. PMID  18324274.
  10. ^ Otaki, Katsura; Bonneau, Florian; Ichihara, Yutaka (01.01.1999). "Absolutní měření sférického povrchu pomocí interferometru bodové difrakce". Optické inženýrství pro snímání a nanotechnologie (ICOSN '99). 3740: 602–605. doi:10.1117/12.347755. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  11. ^ „Interferometr“. str.llnl.gov. Citováno 2017-03-20.
  12. ^ G. E. Sommargren, americký patent č. 554840 1996.
  13. ^ Rhee, Hyug-Gyo; Kim, Seung-Woo (01.10.2002). "Absolutní měření vzdálenosti pomocí dvoubodové difrakční interferometrie". Aplikovaná optika. 41 (28): 5921–5928. Bibcode:2002ApOpt..41.5921R. doi:10,1364 / AO.41.005921. ISSN  1539-4522. PMID  12371550.
  14. ^ Voznesenskiy, Nikolay; Voznesenskaia, Mariia; Petrova, Natalia; Abels, Artur (2013-05-13). "Koncept, realizace a výkon dvoupaprskového interferometru s fázovým posunem". Optické měřicí systémy pro průmyslovou kontrolu VIII. 8788. Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku. str. 878805–878805–13. doi:10.1117/12.2020618.
  15. ^ Chkhalo, Nikolay I .; Kluenkov, Evgeniy B .; Pestov, Aleksey E .; Raskin, Denis G .; Salashchenko, Nikolay N .; Toropov, Michail N. (01.01.2008). "Výroba a výzkum objektivů pro litografická zařízení s vysokým rozlišením". SPIE řízení. 7025: 702505–702505–6. doi:10.1117/12.802351. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  16. ^ „Difrotec D7 je vysoce přesný průmyslový bodový difrakční interferometr“. www.difrotec.com. Citováno 2017-04-28.

externí odkazy