ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ СРЕДНЕГО И ДАЛЬНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА СПЕКТРА ИКИ-3,5 И ИКИ-10
ÓÄÊ 681.787
ÈÍÒÅÐÔÅÐÎÌÅÒÐÛ ÑÐÅÄÍÅÃÎ È ÄÀËÜÍÅÃÎ ÈÍÔÐÀÊÐÀÑÍÎÃÎ ÄÈÀÏÀÇÎÍÀ ÑÏÅÊÒÐÀ ÈÊÈ-3,5 È ÈÊÈ-10
© 2008 ã. Â. È. Âåíçåëü; À. Â. Ãîðåëîâ Íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé èíñòèòóò êîìïëåêñíûõ èñïûòàíèé îïòèêî-ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è ñèñòåì, ã. Ñîñíîâûé Áîð, Ëåíèíãðàäñêàÿ îáë. E-mail: contact@niiki.ru
Îïèñàíà ñõåìà èíòåðôåðîìåòðîâ äëÿ ñðåäíåãî è äàëüíåãî èíôðàêðàñíîãî äèàïàçîíà ñïåêòðà, ïðèâåäåíû îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, ðåçóëüòàòû êàëèáðîâêè èíòåðôåðîìåòðîâ è ïðèìåðû êîíòðîëÿ èíôðàêðàñíûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì.
Êîäû OCIS: 120.3180.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 15.05.2008.
Ïðè ñîçäàíèè âûñîêîðàçðåøàþùèõ ñâåòîñèëüíûõ è îñîáî ñâåòîñèëüíûõ îáúåêòèâîâ, ðàáîòàþùèõ â èíôðàêðàñíîì (ÈÊ) äèàïàçîíå ñïåêòðà, çíà÷èòåëüíîå âíèìàíèå íåîáõîäèìî óäåëÿòü ìåòîäàì êîíòðîëÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ, ôîðìèðóåìîãî îáúåêòèâîì. Èíòåðôåðîìåòðè÷åñêèé êîíòðîëü íà ðàáî÷èõ äëèíàõ âîëí ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå èíôîðìàòèâíûì ìåòîäîì, ïîçâîëÿþùèì îöåíèâàòü êà÷åñòâî èçîáðàæåíèÿ ïî âîëíîâîìó ôðîíòó íà ðàçëè÷íûõ ýòàïàõ èçãîòîâëåíèÿ îáúåêòèâîâ îò êîíòðîëÿ ìàòåðèàëà çàãîòîâîê èç èíôðàêðàñíûõ ìàòåðèàëîâ äî êîíòðîëÿ âîëíîâîãî ôðîíòà îáúåêòèâîâ â ñáîðå. Èíôðàêðàñíûé èíòåðôåðîìåòð, ðàáîòàþùèé â äèàïàçîíå 8–14 ìêì, òàêæå ìîæåò ñ óñïåõîì ïðèìåíÿòüñÿ äëÿ êîíòðîëÿ ôîðìû ïîâåðõíîñòè øëèôîâàííûõ äåòàëåé, â òîì ÷èñëå ñ àñôåðèçàöèåé äî 100 ìêì íà ñòàäèè ôîðìîîáðàçîâàíèÿ áåç ïðèìåíåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ (êîìïåíñàòîðîâ).
Ðàçðàáîòêà èíôðàêðàñíûõ èíòåðôåðîìåòðîâ èìååò ðÿä îñîáåííîñòåé, ê ÷èñëó êîòîðûõ ìîæíî îòíåñòè ñëåäóþùèå:
õóäøèå õàðàêòåðèñòèêè ïðîñâåòëÿþùèõ ïîêðûòèé â ÈÊ äèàïàçîíå ñïåêòðà, ÷òî òðåáóåò ìèíèìèçàöèè êîëè÷åñòâà ñâåòîäåëèòåëåé è ïðèíÿòèÿ ñïåöèàëüíûõ ìåð ïî èñêëþ÷åíèþ áëèêîâ,
áîëüøèå óãëû äèôðàêöèè, ÷òî òðåáóåò ñîïðÿæåíèÿ çðà÷êîâ è èñïîëüçîâàíèÿ îïòèêè, íå îãðàíè÷èâàþùåé ñâåòîâûå ïó÷êè,
áîëüøîé äèàïàçîí îñëàáëåíèÿ â ðàáî÷åé âåòâè èíòåðôåðîìåòðà, ÷òî òðåáóåò ðåãóëèðîâàíèÿ îòíîøåíèÿ èíòåíñèâíîñòåé â ðàáî÷åé è îïîðíîé âåòâÿõ è ðåãóëèðîâàíèÿ èíòåíñèâíîñòè èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ,
îòñóòñòâèå ëàçåðíûõ èñòî÷íèêîâ ñ áîëüøîé äëèíîé êîãåðåíòíîñòè â íåêîòîðûõ ñïåêòðàëüíûõ äèàïàçîíàõ, ÷òî òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ ðàâíîïëå÷èõ ñõåì èëè êîìïåíñàòîðîâ ðàçíîñòè õîäà.
Ðàçðàáîòàííûå íàìè ñ ó÷åòîì ýòèõ îñîáåííîñòåé èíòåðôåðîìåòðû äëÿ ðàçëè÷íûõ ÈÊ äèàïàçîíîâ ñïåêòðà èìåþò óíèôèöèðîâàííóþ îïòè÷åñêóþ ñõåìó äâóëó÷åâîãî íåðàâíîïëå÷åãî èíòåðôåðîìåòðà Òâàéìàíà–Ãðèíà ñ êëèíîâèäíûì ñâåòîäåëèòåëåì, ðàáîòàþùèì â ïàðàëëåëüíûõ ïó÷êàõ, êîòîðàÿ â çàâèñèìîñòè îò òèïà èñïîëüçóåìîãî èñòî÷íèêà ìîæåò âêëþ÷àòü êîìïåíñàòîð ðàçíîñòè õîäà â îïîðíîé âåòâè èíòåðôåðîìåòðà [1].
Èíòåðôåðîìåòð ÿâëÿåòñÿ ðàçâèòèåì ñõåìû èíôðàêðàñíîãî èíòåðôåðîìåòðà, ïðèâåäåííîãî â [2].  ñõåìó èíòåðôåðîìåòðà äîïîëíèòåëüíî âêëþ÷åíû ïàíêðàòè÷åñêàÿ ïðîåêöèîííàÿ ñèñòåìà, îñëàáèòåëü â îïîðíîé âåòâè è êîìïåíñàòîð ðàçíîñòè õîäà.  êà÷åñòâå ôîòîïðèåìíîãî óñòðîéñòâà èñïîëüçóþòñÿ èíôðàêðàñíûå ìàòðèöû, íå òðåáóþùèå êîððåêöèè ãåîìåòðè÷åñêèõ èñêàæåíèé.
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíà ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ÈÊ èíòåðôåðîìåòðà. Ïó÷îê ñâåòà îò ëàçåðà 1, ïðîéäÿ ïîâîðîòíûå çåðêàëà 2 è ïîëÿðèçàöèîííûé îñëàáèòåëü 3, ïîïàäàåò íà ðàñøèðèòåëü 4. Ðàñøèðåííûé ïó÷îê ïîïàäàåò íà êëèíîâèäíûé ñâåòîäåëèòåëü 5. Ðàáî÷èé ïó÷îê, ïðîéäÿ ñâåòîäåëèòåëü 5 è ýòàëîííûé îáúåêòèâ 10, ôîêóñèðóåòñÿ â çàäíåé ôîêàëüíîé òî÷êå ýòàëîííîãî îáúåêòèâà 10. Äàëåå ãîìîöåíòðè÷åñêèé ñôåðè÷åñêèé ôðîíò, ïðîéäÿ èñïûòóåìûé îáúåêòèâ 11 è îòðàçèâøèñü îò àâòîêîëëèìàöèîííîãî ïëîñêîãî çåðêàëà 12, âíîâü ñîáèðàåòñÿ â ôîêàëüíîé òî÷êå ýòàëîííîãî îáúåêòèâà 10 è ïðåîáðàçóåòñÿ èì â ïëîñêèé ôðîíò. Îòðàçèâøèñü îò ñâåòîäåëèòåëüíîé ïîâåðõíîñòè ñâåòîäåëèòåëÿ 5, ïó÷îê òðàíñôîðìèðóåòñÿ òåëåñêîïè÷åñêîé ñèñòåìîé 13 âî ôðîíò íóæíîãî äèàìåòðà. Çàòåì îí ïðîõîäèò îáúåêòèâ 14 ïàíêðàòè÷åñêîé ïðîåêöèîííîé ñèñòåìû è ïîïàäàåò íà ôîòîïðèåìíîå óñòðîéñòâî 15. Îïîðíûé ïó÷îê, îòðàçèâøèñü îò ñâåòîäåëèòåëüíîé ïîâåðõíîñòè ñâåòîäåëèòåëÿ 5, ïðîõîäèò ïîâîðîòíîå çåðêàëî,
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
47
7 23
4
21
89
6 5
10
11 12
15 14
13
6
Ðèñ. 1. Èíôðàêðàñíûé èíòåðôåðîìåòð. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà. 1 – ëàçåð, 2 – ïîâîðîòíûå çåðêàëà, 3 – ïîëÿðèçàöèîííûé îñëàáèòåëü, 4 – ðàñøèðèòåëü, 5 – êëèíîâèäíûé ñâåòîäåëèòåëü, 6 – ïîâîðîòíûå çåðêàëà, 7 – óãîëêîâûé îòðàæàòåëü, 8 – äèôðàêöèîííûé îñëàáèòåëü, 9 – êîíòðçåðêàëî, 10 – ýòàëîííûé îáúåêòèâ, 11 – èñïûòóåìûé îáúåêòèâ, 12 – àâòîêîëëèìàöèîííîå ïëîñêîå çåðêàëî, 13 – òåëåñêîïè÷åñêàÿ ñèñòåìà, 14 – îáúåêòèâ, 15 – ôîòîïðèåìíîå óñòðîéñòâî.
óãîëêîâûé îòðàæàòåëü ñèñòåìû êîìïåíñàöèè ðàçíîñòè õîäà 7, äèôðàêöèîííûé îñëàáèòåëü 8 è ïàäàåò íà ïëîñêîå êîíòðçåðêàëî 9. Îòðàçèâøèñü îò êîíòðçåðêàëà 9, ïó÷îê â îáðàòíîì õîäå ïðîõîäèò îñëàáèòåëü 8, óãîëêîâûé îòðàæàòåëü 7, ñâåòîäåëèòåëü 5, òðàíñôîðìèðóåòñÿ òåëåñêîïè÷åñêîé ñèñòåìîé 13, îáúåêòèâîì 14 è èíòåðôåðèðóåò ñ ðàáî÷èì ïó÷êîì â ïëîñêîñòè ôîòîïðèåìíîãî óñòðîéñòâà (ÔÏÓ) 15.
Ïîëÿðèçàöèîííûé îñëàáèòåëü 3 âûïîëíåí â âèäå ïëîñêîïàðàëëåëüíûõ ïëàñòèí èç ZnSe, óñòàíîâëåííûõ ïîä óãëîì Áðþñòåðà, è èìåþùèõ âîçìîæíîñòü ïîâîðîòà âîêðóã îïòè÷åñêîé îñè.
Ñâåòîäåëèòåëü 5 èçãîòîâëåí èç ïëàñòèíû ZnSe ñî ñâåòîäåëèòåëüíûì ïîêðûòèåì, îáåñïå÷èâàþùèì ðàâíîå ñîîòíîøåíèå êîýôôèöèåíòîâ ïðîïóñêàíèÿ è îòðàæåíèÿ. Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ ïàðàçèòíîé èíòåðôåðåíöèè ïëàñòèíà ñâåòîäåëèòåëÿ âûïîëíåíà â âèäå êëèíà ñ óãëîì 1,5°.
Êîìïåíñàòîð ðàçíîñòè õîäà, ðàáîòàþùèé â ïàðàëëåëüíûõ ïó÷êàõ, èñïîëüçóåòñÿ â îïîðíîé âåòâè èíòåðôåðîìåòðà äëÿ óðàâíèâàíèÿ ðàçíîñòè õîäà â ðàáî÷åé è îïîðíîé âåòâÿõ â ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ñ ìàëîé äëèíîé êîãåðåíòíîñòè. Êîìïåíñàòîð âûïîëíåí â âèäå ïîäâèæíîãî óãîëêîâîãî îòðàæàòåëÿ 7 ñ êîíòðçåðêàëîì 9, ÷òî ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü äèàïàçîí êîìïåíñàöèè (ïðè îäèíàêîâûõ ðàçìåðàõ) è ñíèçèòü òðåáîâàíèÿ ê òî÷íîñòè ëèíåéíîé ïîäâèæêè.
 îïîðíîé âåòâè ìîæåò áûòü óñòàíîâëåí äèôðàêöèîííûé îñëàáèòåëü 8 â âèäå ñåòêè, ïðè ïîìîùè êîòîðîãî óðàâíèâàþòñÿ èíòåíñèâíîñòè ðàáî÷åãî è îïîðíîãî ïó÷êîâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàèâûñøåãî êîíòðàñòà èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû.
Îáúåêòèâ 10, òåëåñêîïè÷åñêàÿ ñèñòåìà 13 è îáúåêòèâ 14 ñîïðÿãàþò çðà÷îê êîíòðîëèðóåìîãî èç-
äåëèÿ 11 ñ ïðèåìíîé ïëîùàäêîé ÔÏÓ 15. Èçìåíåíèå ìàñøòàáà èçîáðàæåíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ çàâèñèìûì ïåðåìåùåíèåì îáúåêòèâà 14 è ÔÏÓ 15. Ïëàâíîå èçìåíåíèå ìàñøòàáà îò 1 äî 3 êðàò.
Êîíòðçåðêàëî 9 ÿâëÿåòñÿ ñìåííûì è èìååò ðàçëè÷íûå êîýôôèöèåíòû îòðàæåíèÿ äëÿ óðàâíèâàíèÿ èíòåíñèâíîñòåé èíòåðôåðèðóþùèõ ïó÷êîâ. Ïðè êîíòðîëå øëèôîâàííûõ ïîâåðõíîñòåé â äëèííîâîëíîâîì äèàïàçîíå ñïåêòðà êîíòðçåðêàëîì ÿâëÿåòñÿ ïëîñêàÿ øëèôîâàííàÿ ïëàñòèíà.
Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ âëèÿíèÿ ïîëåâûõ àáåððàöèé âûñîêîàïåðòóðíîãî ýòàëîííîãî îáúåêòèâà 10 íàñòðîéêà èíòåðôåðîìåòðà íà ïîëîñû êîíå÷íîé øèðèíû îñóùåñòâëÿåòñÿ íàêëîíàìè àâòîêîëëèìàöèîííîãî çåðêàëà 12, ïðè ýòîì êîíòðçåðêàëî 9 óñòàíîâëåíî òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïðè íàñòðîéêå íà öåíòð ïîëÿ çðåíèÿ îáúåêòèâà 10 â ïëîñêîñòè ôîòîïðèåìíèêà íàáëþäàëîñü 15–20 èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ.
Èíòåðôåðîìåòðû êîìïëåêòóþòñÿ äâóìÿ ñìåííûìè îáúåêòèâàìè ñ îòíîñèòåëüíûìè îòâåðñòèÿìè 1:1 è 1:3.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ â èíòåðôåðîìåòðå ÈÊÈ-10 äëÿ äàëüíåãî ÈÊ äèàïàçîíà ñïåêòðà èñïîëüçóåòñÿ âîëíîâîäíûé îäíî÷àñòîòíûé ÑÎ2-ëàçåð ìîùíîñòüþ 1,5 Âò, ðàáîòàþùèé íà äëèíå âîëíû 10,6 ìêì. Êîìïåíñàòîð ðàçíîñòè õîäà â äàííîì èíòåðôåðîìåòðå íå èñïîëüçóåòñÿ â ñâÿçè ñ áîëüøîé äëèíîé êîãåðåíòíîñòè ëàçåðà.  êà÷åñòâå ôîòîïðèåìíèêà èñïîëüçóåòñÿ íåîõëàæäàåìàÿ ïèðîýëåêòðè÷åñêàÿ ìàòðèöà ôîðìàòà 320×240 ýëåìåíòîâ.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ â èíòåðôåðîìåòðå ÈÊÈ-3,5 ñðåäíåãî ÈÊ äèàïàçîíà ñïåêòðà èñïîëüçóåòñÿ ãåëèé-íåîíîâûé ìíîãîìîäîâûé ëàçåð ìîùíîñòüþ 15 ìÂò, ðàáîòàþùèé íà äëèíå âîëíû 3,39 ìêì.
48 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
(à) (á)
(â)
Ðèñ. 2. Èíòåðôåðîãðàììû ýòàëîííîãî âîãíóòîãî çåðêàëà ñ îòíîñèòåëüíûì îòâåðñòèåì 1:1 (à), ëèíçîâîãî îáúåêòèâà ñ îòíîñèòåëüíûì îòâåðñòèåì 1:1,2 (á) è çåðêàëüíî-ëèíçîâîãî îáúåêòèâà ñ îòíîñèòåëüíûì îòâåðñòèåì 1:2 (â) íà äëèíå âîëíû 3,39 ìêì.
Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå äàííûå èíòåðôåðîìåòðîâ
Ïàðàìåòð/òèï èíòåðôåðîìåòðà
ÈÊÈ-3,5
ÈÊÈ-10
Äëèíà âîëíû, ìêì
3,39 10,6
Îòíîñèòåëüíîå îòâåðñòèå îáúåêòèâà
1:1, 1:3
1:1, 1:3
Óâåëè÷åíèå, êðàò
1–3 1–3
Ôîðìàò ïðèåìíèêà, ýë.
320×240
320×240
Ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé
λ/10 λ/10
Ïîâòîðÿåìîñòü èçìåðåíèé (PV) λ/25
λ/25
Ãàáàðèòíûå ðàçìåðû, ìì
1100×350×275 600×250×200
Ìàññà, êã
46 32
Ðèñ. 3. Îáùèé âèä èíôðàêðàñíîãî èíòåðôåðîìåòðà ÈÊÈ-10.
 êà÷åñòâå ôîòîïðèåìíèêà èñïîëüçóåòñÿ îõëàæäàåìàÿ ÏÇÑ-ìàòðèöà èç ñèëèöèäà ïëàòèíû ôîðìàòà 320×240 ýëåìåíòîâ.
Èíòåðôåðîìåòðû ÈÊÈ-10 è ÈÊÈ-3,5 èñïîëüçóþòñÿ ïðè êîíòðîëå âîëíîâîãî ôðîíòà ëèíçîâûõ è çåðêàëüíî-ëèíçîâûõ îáúåêòèâîâ â àâòîêîëëèìàöèîííîé ñõåìå ñ ïëîñêèì çåðêàëîì (ðèñ. 1).
Íà èõ îñíîâå ñîçäàíà óñòàíîâêà äëÿ èíòåðôåðîìåòðè÷åñêîãî êîíòðîëÿ çàãîòîâîê èç èíôðàêðàñíûõ ìàòåðèàëîâ, ãäå â êà÷åñòâå êîëëèìàòîðà èñïîëüçóåòñÿ âíåîñåâîå ïàðàáîëè÷åñêîå çåðêàëî ñâåòîâûì äèàìåòðîì 210 ìì.
Êàëèáðîâêà ÈÊ èíòåðôåðîìåòðîâ ïðîâîäèòñÿ ïðè ïîìîùè ýòàëîííîãî âîãíóòîãî çåðêàëà, ðàçìàõ âîëíîâîé îøèáêè êîòîðîãî íå ïðåâûøàåò 0,1 äëèíû âîëíû 0,63 ìêì.
Ïðè êîíòðîëå îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ðåçóëüòàò êàëèáðîâêè (ñèñòåìàòè÷åñêàÿ îøèáêà èíòåðôåðîìåòðà) âû÷èòàåòñÿ èç êàæäîãî ðåçóëüòàòà èçìåðåíèÿ.
Ïîâòîðÿåìîñòü ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé èíòåðôåðîìåòðîâ ñîñòàâëÿåò 0,04 ðàáî÷åé äëèíû âîëíû, ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé íå ïðåâûøàåò 0,1 ðàáî÷åé äëèíû âîëíû.
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû èíòåðôåðîãðàììû, ïîëó÷åííûå ïðè êîíòðîëå îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà ÈÊÈ-3,5 íà äëèíå âîëíû 3,39 ìêì.
Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè èíòåðôåðîìåòðîâ ïðèâåäåíû â òàáëèöå.
Îáùèé âèä èíòåðôåðîìåòðà ÈÊÈ-10 ïðèâåäåí íà ðèñ. 3. Èíòåðôåðîìåòð ÈÊÈ-3,5 èìååò àíàëîãè÷íóþ êîíñòðóêöèþ íåñêîëüêî áîëüøèõ ðàçìåðîâ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Âåíçåëü Â.È., Ãîðåëîâ À.Â. Èíôðàêðàñíûé èíòåðôåðîìåòð // Ïàòåíò Ðîññèè ¹ 69982. 2007.
12. Âåíçåëü Â.È., Ãîðåëîâ À.Â., Êóâøèíîâ Í.Ã. Èíôðàêðàñíûé èíòåðôåðîìåòð íà äëèíó âîëíû 10,6 ìêì // Îïòè÷åñêèé âåñòíèê. 1999. ¹ 99. Ñ. 15–16.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
49
ÈÍÒÅÐÔÅÐÎÌÅÒÐÛ ÑÐÅÄÍÅÃÎ È ÄÀËÜÍÅÃÎ ÈÍÔÐÀÊÐÀÑÍÎÃÎ ÄÈÀÏÀÇÎÍÀ ÑÏÅÊÒÐÀ ÈÊÈ-3,5 È ÈÊÈ-10
© 2008 ã. Â. È. Âåíçåëü; À. Â. Ãîðåëîâ Íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé èíñòèòóò êîìïëåêñíûõ èñïûòàíèé îïòèêî-ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è ñèñòåì, ã. Ñîñíîâûé Áîð, Ëåíèíãðàäñêàÿ îáë. E-mail: contact@niiki.ru
Îïèñàíà ñõåìà èíòåðôåðîìåòðîâ äëÿ ñðåäíåãî è äàëüíåãî èíôðàêðàñíîãî äèàïàçîíà ñïåêòðà, ïðèâåäåíû îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, ðåçóëüòàòû êàëèáðîâêè èíòåðôåðîìåòðîâ è ïðèìåðû êîíòðîëÿ èíôðàêðàñíûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì.
Êîäû OCIS: 120.3180.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 15.05.2008.
Ïðè ñîçäàíèè âûñîêîðàçðåøàþùèõ ñâåòîñèëüíûõ è îñîáî ñâåòîñèëüíûõ îáúåêòèâîâ, ðàáîòàþùèõ â èíôðàêðàñíîì (ÈÊ) äèàïàçîíå ñïåêòðà, çíà÷èòåëüíîå âíèìàíèå íåîáõîäèìî óäåëÿòü ìåòîäàì êîíòðîëÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ, ôîðìèðóåìîãî îáúåêòèâîì. Èíòåðôåðîìåòðè÷åñêèé êîíòðîëü íà ðàáî÷èõ äëèíàõ âîëí ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå èíôîðìàòèâíûì ìåòîäîì, ïîçâîëÿþùèì îöåíèâàòü êà÷åñòâî èçîáðàæåíèÿ ïî âîëíîâîìó ôðîíòó íà ðàçëè÷íûõ ýòàïàõ èçãîòîâëåíèÿ îáúåêòèâîâ îò êîíòðîëÿ ìàòåðèàëà çàãîòîâîê èç èíôðàêðàñíûõ ìàòåðèàëîâ äî êîíòðîëÿ âîëíîâîãî ôðîíòà îáúåêòèâîâ â ñáîðå. Èíôðàêðàñíûé èíòåðôåðîìåòð, ðàáîòàþùèé â äèàïàçîíå 8–14 ìêì, òàêæå ìîæåò ñ óñïåõîì ïðèìåíÿòüñÿ äëÿ êîíòðîëÿ ôîðìû ïîâåðõíîñòè øëèôîâàííûõ äåòàëåé, â òîì ÷èñëå ñ àñôåðèçàöèåé äî 100 ìêì íà ñòàäèè ôîðìîîáðàçîâàíèÿ áåç ïðèìåíåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ (êîìïåíñàòîðîâ).
Ðàçðàáîòêà èíôðàêðàñíûõ èíòåðôåðîìåòðîâ èìååò ðÿä îñîáåííîñòåé, ê ÷èñëó êîòîðûõ ìîæíî îòíåñòè ñëåäóþùèå:
õóäøèå õàðàêòåðèñòèêè ïðîñâåòëÿþùèõ ïîêðûòèé â ÈÊ äèàïàçîíå ñïåêòðà, ÷òî òðåáóåò ìèíèìèçàöèè êîëè÷åñòâà ñâåòîäåëèòåëåé è ïðèíÿòèÿ ñïåöèàëüíûõ ìåð ïî èñêëþ÷åíèþ áëèêîâ,
áîëüøèå óãëû äèôðàêöèè, ÷òî òðåáóåò ñîïðÿæåíèÿ çðà÷êîâ è èñïîëüçîâàíèÿ îïòèêè, íå îãðàíè÷èâàþùåé ñâåòîâûå ïó÷êè,
áîëüøîé äèàïàçîí îñëàáëåíèÿ â ðàáî÷åé âåòâè èíòåðôåðîìåòðà, ÷òî òðåáóåò ðåãóëèðîâàíèÿ îòíîøåíèÿ èíòåíñèâíîñòåé â ðàáî÷åé è îïîðíîé âåòâÿõ è ðåãóëèðîâàíèÿ èíòåíñèâíîñòè èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ,
îòñóòñòâèå ëàçåðíûõ èñòî÷íèêîâ ñ áîëüøîé äëèíîé êîãåðåíòíîñòè â íåêîòîðûõ ñïåêòðàëüíûõ äèàïàçîíàõ, ÷òî òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ ðàâíîïëå÷èõ ñõåì èëè êîìïåíñàòîðîâ ðàçíîñòè õîäà.
Ðàçðàáîòàííûå íàìè ñ ó÷åòîì ýòèõ îñîáåííîñòåé èíòåðôåðîìåòðû äëÿ ðàçëè÷íûõ ÈÊ äèàïàçîíîâ ñïåêòðà èìåþò óíèôèöèðîâàííóþ îïòè÷åñêóþ ñõåìó äâóëó÷åâîãî íåðàâíîïëå÷åãî èíòåðôåðîìåòðà Òâàéìàíà–Ãðèíà ñ êëèíîâèäíûì ñâåòîäåëèòåëåì, ðàáîòàþùèì â ïàðàëëåëüíûõ ïó÷êàõ, êîòîðàÿ â çàâèñèìîñòè îò òèïà èñïîëüçóåìîãî èñòî÷íèêà ìîæåò âêëþ÷àòü êîìïåíñàòîð ðàçíîñòè õîäà â îïîðíîé âåòâè èíòåðôåðîìåòðà [1].
Èíòåðôåðîìåòð ÿâëÿåòñÿ ðàçâèòèåì ñõåìû èíôðàêðàñíîãî èíòåðôåðîìåòðà, ïðèâåäåííîãî â [2].  ñõåìó èíòåðôåðîìåòðà äîïîëíèòåëüíî âêëþ÷åíû ïàíêðàòè÷åñêàÿ ïðîåêöèîííàÿ ñèñòåìà, îñëàáèòåëü â îïîðíîé âåòâè è êîìïåíñàòîð ðàçíîñòè õîäà.  êà÷åñòâå ôîòîïðèåìíîãî óñòðîéñòâà èñïîëüçóþòñÿ èíôðàêðàñíûå ìàòðèöû, íå òðåáóþùèå êîððåêöèè ãåîìåòðè÷åñêèõ èñêàæåíèé.
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíà ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ÈÊ èíòåðôåðîìåòðà. Ïó÷îê ñâåòà îò ëàçåðà 1, ïðîéäÿ ïîâîðîòíûå çåðêàëà 2 è ïîëÿðèçàöèîííûé îñëàáèòåëü 3, ïîïàäàåò íà ðàñøèðèòåëü 4. Ðàñøèðåííûé ïó÷îê ïîïàäàåò íà êëèíîâèäíûé ñâåòîäåëèòåëü 5. Ðàáî÷èé ïó÷îê, ïðîéäÿ ñâåòîäåëèòåëü 5 è ýòàëîííûé îáúåêòèâ 10, ôîêóñèðóåòñÿ â çàäíåé ôîêàëüíîé òî÷êå ýòàëîííîãî îáúåêòèâà 10. Äàëåå ãîìîöåíòðè÷åñêèé ñôåðè÷åñêèé ôðîíò, ïðîéäÿ èñïûòóåìûé îáúåêòèâ 11 è îòðàçèâøèñü îò àâòîêîëëèìàöèîííîãî ïëîñêîãî çåðêàëà 12, âíîâü ñîáèðàåòñÿ â ôîêàëüíîé òî÷êå ýòàëîííîãî îáúåêòèâà 10 è ïðåîáðàçóåòñÿ èì â ïëîñêèé ôðîíò. Îòðàçèâøèñü îò ñâåòîäåëèòåëüíîé ïîâåðõíîñòè ñâåòîäåëèòåëÿ 5, ïó÷îê òðàíñôîðìèðóåòñÿ òåëåñêîïè÷åñêîé ñèñòåìîé 13 âî ôðîíò íóæíîãî äèàìåòðà. Çàòåì îí ïðîõîäèò îáúåêòèâ 14 ïàíêðàòè÷åñêîé ïðîåêöèîííîé ñèñòåìû è ïîïàäàåò íà ôîòîïðèåìíîå óñòðîéñòâî 15. Îïîðíûé ïó÷îê, îòðàçèâøèñü îò ñâåòîäåëèòåëüíîé ïîâåðõíîñòè ñâåòîäåëèòåëÿ 5, ïðîõîäèò ïîâîðîòíîå çåðêàëî,
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
47
7 23
4
21
89
6 5
10
11 12
15 14
13
6
Ðèñ. 1. Èíôðàêðàñíûé èíòåðôåðîìåòð. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà. 1 – ëàçåð, 2 – ïîâîðîòíûå çåðêàëà, 3 – ïîëÿðèçàöèîííûé îñëàáèòåëü, 4 – ðàñøèðèòåëü, 5 – êëèíîâèäíûé ñâåòîäåëèòåëü, 6 – ïîâîðîòíûå çåðêàëà, 7 – óãîëêîâûé îòðàæàòåëü, 8 – äèôðàêöèîííûé îñëàáèòåëü, 9 – êîíòðçåðêàëî, 10 – ýòàëîííûé îáúåêòèâ, 11 – èñïûòóåìûé îáúåêòèâ, 12 – àâòîêîëëèìàöèîííîå ïëîñêîå çåðêàëî, 13 – òåëåñêîïè÷åñêàÿ ñèñòåìà, 14 – îáúåêòèâ, 15 – ôîòîïðèåìíîå óñòðîéñòâî.
óãîëêîâûé îòðàæàòåëü ñèñòåìû êîìïåíñàöèè ðàçíîñòè õîäà 7, äèôðàêöèîííûé îñëàáèòåëü 8 è ïàäàåò íà ïëîñêîå êîíòðçåðêàëî 9. Îòðàçèâøèñü îò êîíòðçåðêàëà 9, ïó÷îê â îáðàòíîì õîäå ïðîõîäèò îñëàáèòåëü 8, óãîëêîâûé îòðàæàòåëü 7, ñâåòîäåëèòåëü 5, òðàíñôîðìèðóåòñÿ òåëåñêîïè÷åñêîé ñèñòåìîé 13, îáúåêòèâîì 14 è èíòåðôåðèðóåò ñ ðàáî÷èì ïó÷êîì â ïëîñêîñòè ôîòîïðèåìíîãî óñòðîéñòâà (ÔÏÓ) 15.
Ïîëÿðèçàöèîííûé îñëàáèòåëü 3 âûïîëíåí â âèäå ïëîñêîïàðàëëåëüíûõ ïëàñòèí èç ZnSe, óñòàíîâëåííûõ ïîä óãëîì Áðþñòåðà, è èìåþùèõ âîçìîæíîñòü ïîâîðîòà âîêðóã îïòè÷åñêîé îñè.
Ñâåòîäåëèòåëü 5 èçãîòîâëåí èç ïëàñòèíû ZnSe ñî ñâåòîäåëèòåëüíûì ïîêðûòèåì, îáåñïå÷èâàþùèì ðàâíîå ñîîòíîøåíèå êîýôôèöèåíòîâ ïðîïóñêàíèÿ è îòðàæåíèÿ. Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ ïàðàçèòíîé èíòåðôåðåíöèè ïëàñòèíà ñâåòîäåëèòåëÿ âûïîëíåíà â âèäå êëèíà ñ óãëîì 1,5°.
Êîìïåíñàòîð ðàçíîñòè õîäà, ðàáîòàþùèé â ïàðàëëåëüíûõ ïó÷êàõ, èñïîëüçóåòñÿ â îïîðíîé âåòâè èíòåðôåðîìåòðà äëÿ óðàâíèâàíèÿ ðàçíîñòè õîäà â ðàáî÷åé è îïîðíîé âåòâÿõ â ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ñ ìàëîé äëèíîé êîãåðåíòíîñòè. Êîìïåíñàòîð âûïîëíåí â âèäå ïîäâèæíîãî óãîëêîâîãî îòðàæàòåëÿ 7 ñ êîíòðçåðêàëîì 9, ÷òî ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü äèàïàçîí êîìïåíñàöèè (ïðè îäèíàêîâûõ ðàçìåðàõ) è ñíèçèòü òðåáîâàíèÿ ê òî÷íîñòè ëèíåéíîé ïîäâèæêè.
 îïîðíîé âåòâè ìîæåò áûòü óñòàíîâëåí äèôðàêöèîííûé îñëàáèòåëü 8 â âèäå ñåòêè, ïðè ïîìîùè êîòîðîãî óðàâíèâàþòñÿ èíòåíñèâíîñòè ðàáî÷åãî è îïîðíîãî ïó÷êîâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàèâûñøåãî êîíòðàñòà èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû.
Îáúåêòèâ 10, òåëåñêîïè÷åñêàÿ ñèñòåìà 13 è îáúåêòèâ 14 ñîïðÿãàþò çðà÷îê êîíòðîëèðóåìîãî èç-
äåëèÿ 11 ñ ïðèåìíîé ïëîùàäêîé ÔÏÓ 15. Èçìåíåíèå ìàñøòàáà èçîáðàæåíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ çàâèñèìûì ïåðåìåùåíèåì îáúåêòèâà 14 è ÔÏÓ 15. Ïëàâíîå èçìåíåíèå ìàñøòàáà îò 1 äî 3 êðàò.
Êîíòðçåðêàëî 9 ÿâëÿåòñÿ ñìåííûì è èìååò ðàçëè÷íûå êîýôôèöèåíòû îòðàæåíèÿ äëÿ óðàâíèâàíèÿ èíòåíñèâíîñòåé èíòåðôåðèðóþùèõ ïó÷êîâ. Ïðè êîíòðîëå øëèôîâàííûõ ïîâåðõíîñòåé â äëèííîâîëíîâîì äèàïàçîíå ñïåêòðà êîíòðçåðêàëîì ÿâëÿåòñÿ ïëîñêàÿ øëèôîâàííàÿ ïëàñòèíà.
Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ âëèÿíèÿ ïîëåâûõ àáåððàöèé âûñîêîàïåðòóðíîãî ýòàëîííîãî îáúåêòèâà 10 íàñòðîéêà èíòåðôåðîìåòðà íà ïîëîñû êîíå÷íîé øèðèíû îñóùåñòâëÿåòñÿ íàêëîíàìè àâòîêîëëèìàöèîííîãî çåðêàëà 12, ïðè ýòîì êîíòðçåðêàëî 9 óñòàíîâëåíî òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïðè íàñòðîéêå íà öåíòð ïîëÿ çðåíèÿ îáúåêòèâà 10 â ïëîñêîñòè ôîòîïðèåìíèêà íàáëþäàëîñü 15–20 èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ.
Èíòåðôåðîìåòðû êîìïëåêòóþòñÿ äâóìÿ ñìåííûìè îáúåêòèâàìè ñ îòíîñèòåëüíûìè îòâåðñòèÿìè 1:1 è 1:3.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ â èíòåðôåðîìåòðå ÈÊÈ-10 äëÿ äàëüíåãî ÈÊ äèàïàçîíà ñïåêòðà èñïîëüçóåòñÿ âîëíîâîäíûé îäíî÷àñòîòíûé ÑÎ2-ëàçåð ìîùíîñòüþ 1,5 Âò, ðàáîòàþùèé íà äëèíå âîëíû 10,6 ìêì. Êîìïåíñàòîð ðàçíîñòè õîäà â äàííîì èíòåðôåðîìåòðå íå èñïîëüçóåòñÿ â ñâÿçè ñ áîëüøîé äëèíîé êîãåðåíòíîñòè ëàçåðà.  êà÷åñòâå ôîòîïðèåìíèêà èñïîëüçóåòñÿ íåîõëàæäàåìàÿ ïèðîýëåêòðè÷åñêàÿ ìàòðèöà ôîðìàòà 320×240 ýëåìåíòîâ.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ â èíòåðôåðîìåòðå ÈÊÈ-3,5 ñðåäíåãî ÈÊ äèàïàçîíà ñïåêòðà èñïîëüçóåòñÿ ãåëèé-íåîíîâûé ìíîãîìîäîâûé ëàçåð ìîùíîñòüþ 15 ìÂò, ðàáîòàþùèé íà äëèíå âîëíû 3,39 ìêì.
48 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
(à) (á)
(â)
Ðèñ. 2. Èíòåðôåðîãðàììû ýòàëîííîãî âîãíóòîãî çåðêàëà ñ îòíîñèòåëüíûì îòâåðñòèåì 1:1 (à), ëèíçîâîãî îáúåêòèâà ñ îòíîñèòåëüíûì îòâåðñòèåì 1:1,2 (á) è çåðêàëüíî-ëèíçîâîãî îáúåêòèâà ñ îòíîñèòåëüíûì îòâåðñòèåì 1:2 (â) íà äëèíå âîëíû 3,39 ìêì.
Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå äàííûå èíòåðôåðîìåòðîâ
Ïàðàìåòð/òèï èíòåðôåðîìåòðà
ÈÊÈ-3,5
ÈÊÈ-10
Äëèíà âîëíû, ìêì
3,39 10,6
Îòíîñèòåëüíîå îòâåðñòèå îáúåêòèâà
1:1, 1:3
1:1, 1:3
Óâåëè÷åíèå, êðàò
1–3 1–3
Ôîðìàò ïðèåìíèêà, ýë.
320×240
320×240
Ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé
λ/10 λ/10
Ïîâòîðÿåìîñòü èçìåðåíèé (PV) λ/25
λ/25
Ãàáàðèòíûå ðàçìåðû, ìì
1100×350×275 600×250×200
Ìàññà, êã
46 32
Ðèñ. 3. Îáùèé âèä èíôðàêðàñíîãî èíòåðôåðîìåòðà ÈÊÈ-10.
 êà÷åñòâå ôîòîïðèåìíèêà èñïîëüçóåòñÿ îõëàæäàåìàÿ ÏÇÑ-ìàòðèöà èç ñèëèöèäà ïëàòèíû ôîðìàòà 320×240 ýëåìåíòîâ.
Èíòåðôåðîìåòðû ÈÊÈ-10 è ÈÊÈ-3,5 èñïîëüçóþòñÿ ïðè êîíòðîëå âîëíîâîãî ôðîíòà ëèíçîâûõ è çåðêàëüíî-ëèíçîâûõ îáúåêòèâîâ â àâòîêîëëèìàöèîííîé ñõåìå ñ ïëîñêèì çåðêàëîì (ðèñ. 1).
Íà èõ îñíîâå ñîçäàíà óñòàíîâêà äëÿ èíòåðôåðîìåòðè÷åñêîãî êîíòðîëÿ çàãîòîâîê èç èíôðàêðàñíûõ ìàòåðèàëîâ, ãäå â êà÷åñòâå êîëëèìàòîðà èñïîëüçóåòñÿ âíåîñåâîå ïàðàáîëè÷åñêîå çåðêàëî ñâåòîâûì äèàìåòðîì 210 ìì.
Êàëèáðîâêà ÈÊ èíòåðôåðîìåòðîâ ïðîâîäèòñÿ ïðè ïîìîùè ýòàëîííîãî âîãíóòîãî çåðêàëà, ðàçìàõ âîëíîâîé îøèáêè êîòîðîãî íå ïðåâûøàåò 0,1 äëèíû âîëíû 0,63 ìêì.
Ïðè êîíòðîëå îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ðåçóëüòàò êàëèáðîâêè (ñèñòåìàòè÷åñêàÿ îøèáêà èíòåðôåðîìåòðà) âû÷èòàåòñÿ èç êàæäîãî ðåçóëüòàòà èçìåðåíèÿ.
Ïîâòîðÿåìîñòü ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé èíòåðôåðîìåòðîâ ñîñòàâëÿåò 0,04 ðàáî÷åé äëèíû âîëíû, ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé íå ïðåâûøàåò 0,1 ðàáî÷åé äëèíû âîëíû.
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû èíòåðôåðîãðàììû, ïîëó÷åííûå ïðè êîíòðîëå îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà ÈÊÈ-3,5 íà äëèíå âîëíû 3,39 ìêì.
Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè èíòåðôåðîìåòðîâ ïðèâåäåíû â òàáëèöå.
Îáùèé âèä èíòåðôåðîìåòðà ÈÊÈ-10 ïðèâåäåí íà ðèñ. 3. Èíòåðôåðîìåòð ÈÊÈ-3,5 èìååò àíàëîãè÷íóþ êîíñòðóêöèþ íåñêîëüêî áîëüøèõ ðàçìåðîâ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Âåíçåëü Â.È., Ãîðåëîâ À.Â. Èíôðàêðàñíûé èíòåðôåðîìåòð // Ïàòåíò Ðîññèè ¹ 69982. 2007.
12. Âåíçåëü Â.È., Ãîðåëîâ À.Â., Êóâøèíîâ Í.Ã. Èíôðàêðàñíûé èíòåðôåðîìåòð íà äëèíó âîëíû 10,6 ìêì // Îïòè÷åñêèé âåñòíèê. 1999. ¹ 99. Ñ. 15–16.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
49