Способ измерения дисперсии фазы тонкого фазово неоднородного объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ 5565 СПУБЛИК И 21)4 51) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВУ АВТОРСНО ВИ ТЕЛ Основ с.288 рометрия ка, 1979 з изме ии фазы тонких бъектов, контр ких слабошерох я дисперс ородных о тости плос стей, онким Фаз понимают ляватых во-неод шерохов верх во-неоднородным объект со случай- фазовых флуктуаы которых 6 -1,0 Под бъектным распределениеций, дисперсия Фарадиус корреляциимного больше длиныФазы статистическ неоднородностей на волны и флуктуации однородны, т.е. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Черновицкий государственный университет(54) СПОСОБ ИЗЯ".РЕНИЯ ДИСПЕРСИИ ФАЗЫ ТОНКОГО ФАЗОВО-НЕОДНОРОДНОГО ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано в оптическом приборостроении, машиностроении и др. отраслях науки и техники для диагностики фазовых неоднородностей и контроля качества обработки поверхностей. Целью изобретения является повьппение точности Изобретение относится к Физическооптике и может быть использовано для 2 и быстродействия измерения дисперсии ) Фазы тонких Фаэово-неоднородных объектов, Формируют параллельный пучок излучения, расщепляют его на две составляющие: объектную и опорную, Одной из них облучают исследуемый объект, Затем с помощью объектива проектируют изображение объекта на приемную площадку фотоэлектрического регистрируюшего устройства, осуществляют строго соосное смещение объектной и опорной составляющих поля, собирают весь пространственно-частотный.спектр объектного пучка, выравнивают интенсивности опорного и объективного пучков. Добиваются минимальной интенсивности ре Ж зультирующего поля путем изменения разности хода между объектной и опорной составляющими. Измеряют интенсивность опорной составляющей и результирующего поля, по которым рассчитывают дисперсию Фазы тонкого Фазово-неоднородного объекта. 1 ил.,табл. среднее значение фазы равно для разных участков объекта, поэтому распределение средней фазы в пространстве представляет собой плоскую поверх ность. Этим условиям удовлетворяет целый класс реальных объектов: тонкий слой воздуха, тонкое оптически неоднородное стекло, шероховатая отражающая или пропускающая поверхность, слой турбулентности и т.д.Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерений.На чертеже представлена схема устройства для реализации способа.Устройство содержит источник 1 линейно поляризованного излучения, кол 5 лиматор 2, светоделитель 3, поворотные зеркала 4 и 5, затвор 6, объектчетвертьволновую пластинку 8, систему подвижных клиньев 9, смеси- тель 10, поляризатор 11, объектив 12, диаФрагму 13, Фотоэлектрическое регистрирующее устройство 14.Устройство работает следующим обоазом.151(оллиматор 2 расширяет пучок излучения источника 1 и Формирует волну с плоским Фронтом, которая с помощью светоделителя 3 расщепляется на две составляющие. Одна из них (объектная) используется для облучения тонкого Фазово-неоднородного объекта 7, С помощью объектива 22 собирают весь пространственно-частотный спектр рас сеянного объектом излучения и формируют изображение объекта в плоскости приемной площадки Фотоэлектрического ,регистрирующего устройства 14. Устанавливают размер диаФрагмы 13 не более размера нулевой интерференционной полосы, Четвертьволновая пластинка 8, расположенная в опорном канале, используется для преобразования линейно поляризованного излучения в циркулярно поляризованное. Соосное смещение опорного и объектного пучков достигается на выходе смесителя 10 с помощью точной настройки поворотных зеркал 4 и 5. Вращением. поляризатора 40 11 добиваются равенства опорного и объектного пучков, так как опорный пучок циркулярно поляризован, то вращение поляризатора 11 не приводит кизменению интенсивности опорной волны, но влияет на интенсивность объектного пучка. Перемещением одного из клиньев 9 в поперечном направленииизменяют разность фаз между опорнойи объектной составляющими, добиваясьтем самым минимума интенсивности ре зультирующей интерференционной картины. Этот минимум соответствует нротивофазности опорного и объектного пучков и контролируется с помощью Фотоэлектрического регистрирующего устройства 14. Далее измеряют интен- сивность 1 р результирующего поля.Перекрывая с помощью затвора 6 объ ектный пучок, измеряют интенсивность.1 О опорной волны. Дисп ерсию 5, Фазы рассчитываютпо Формуле Хр иии 1 р (х,у) = 21 Г 1+соз(х,у)1 (2) где Ч (х,у) - разность фаз объектнойи опорной составляющихполя.Минимальное (но не нулевое) значение интенсивности результирующего поля достигается в случае, когда сред. няя Фаза объектной волны противоположна Фазе опорной волны. Это достигается, когда лМ(х,у) = и +Ч (х,у),(3) лгде ч" (х,у) - флуктуации Фазы объектного поля относительно среднего значения М (в данном случае 4 = О).С учетом (3) соотношение (2) преобразуется к виду 1 р(х,у) = 41 вхпЮ(х,у)(4) Для случая малых (не превышающих 10") значений Флуктуаций Ч (х,у)Фазы справедливо соотношение) 181 п 2 л2 тогда из (4) получают 1 р (х,у) Ж 1 Ч(х,у) Средняя по ансамблю локальных значений интенсивность результирующего Предположим, что освещающий плоско- параллельный пучок когерентного.света расщепляется на две составляющие равной интенсивности 1 . Одна иэ них хаотически модулируется по Фазе тонким Фазово-неоднородным объектом.Объектная и опорная составляющие соосно смешиваются в плоскости изображения объекта, Результат интерференционного взаимодействия, соответствующий такой суперпозиции объектной и опорной составляющих поля, представляется в виде1555651 ф ТРййн М Обр.азец Отклонение от профилом. 7.,Средние значения 0,025 0,034 0,049 0,063 0,061 0,118 0,241 0,398 25,3 456,7 47,3 428,2 86,4 372,6 125,2 323,4 1 2 3 4 0,0550,1110,2320,387 9,8 5,9 4,6 2,8 поля, получаемая в результате измерения Фотоприемником, приемная плошадка которого значительно больше размера одного структурного элементаполя, представляется в виде Трмин = Та ГО(х,у) (6)Откуда следует, что5,р =(ц(х,у)1 ) = - .".ф (7)ТО Таким образом, измеряя интенсивность результирующего поля и опорной15 волны, можно рассчитать дисперсию Фазы поля в плоскости объекта, которая равна дисперсии фазы самого объекта.П р и м е р. Используется источник излучения ЛГ. Пучок на выходе 20 коллиматора 2 имеет размер 10 мм. Не- плоскостность оптических элементов интерферометра не более 0,2 полосы, Апертура объектива 12 составляето30 . Размер полевой диаФрагмы 13 по рядка 5 мм, Это обеспечивает участие в светорассеянии более 5 10 неоднородностей.Результаты испытания устройства приведены в таблице. Исследовались плоскопараллельные пластины из плавленого кварца с различной степенью полировки поверхности. Результаты измерений сравнивались с профилометрическими измерениями. Переход от высотных значений Й шероховатости поверхФности (среднеквадратичного отклонения профиля от базовой линии ) к дисТкиц 1 о тю ш ш е шю бперсии (з осуществляют с помощьюьсоотношения 6 = (кк,)где К - волковое число.Формула изобретения Способ измерения дисперсии Фазы тонкого Фазово-неоднородного объекта, состоящий в амплитудном расщеплении монохроматического плоскопараллельного пучка на объектный и опорный, облучении объекта объектным пучком, соосном совмещении опорного и объектного пучков, Формировании изображения объекта в плоскости регистрации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстроцействия и точности измерения, в плоскости регистрации собирают весь пространственно-частотный спектр объектного пучка, провзаимодействовавпего с объектом, выравнивают интенсивности опорного и объектного пучков, получают минимальное значение интенсивности результирующего поля, изменяя разность хода между опорными и объектным пучками, регистрируют интенсивность результирующего поля Трмц и интенсивность опорного пучка 1 а дисперсию фазы объекта 6 определяют по формуле1555651 0 12 Редактор Н. Бобкова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 553ВНИИПИ Государственного113035,Составитель В. ВарнивскийТехред А,Кравчук Корректор О.Кравцова Тираж ЯО Подписноекомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5