Разработка и исследование интерферометра на основе схемы Ронки и программного обеспечения для расшифровки интерферограмм
ÓÄÊ 531.714.2
ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÀ È ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÈÇÈÐÎÂÀÍÍÎÃÎ ÈÍÒÅÐÔÅÐÎÌÅÒÐÀ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÑÕÅÌÛ ÐÎÍÊÈ È ÏÐÎÃÐÀÌÌÍÎÃÎ ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈß ÄËß ÐÀÑØÈÔÐÎÂÊÈ ÈÍÒÅÐÔÅÐÎÃÐÀÌÌ
2009 ã.
Ëå Çóé Òóàí; Â. Ê. Êèðèëëîâñêèé, äîêòîð òåõí. íàóê
Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé, ìåõàíèêè è îïòèêè, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
E-mail: DuyTuanKTQ@yahoo.com, Vkkir@mail.ru
Öåëüþ äàííîé ðàáîòû ñòàëè ìîäåðíèçàöèÿ è êîìïüþòåðèçàöèÿ èíòåðôåðîìåòðà ñ äèôðàêöèîííîé ðåøåòêîé íà îñíîâå ñõåìû Ðîíêè. Äîñòîèíñòâà èíòåðôåðîìåòðà: ïðîñòîòà è íàäåæíîñòü, íå÷óâñòâèòåëüíîñòü ê âèáðàöèÿì, âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ íåëàçåðíîãî èñòî÷íèêà ñ îñâåùåíèåì áåëûì ñâåòîì èëè ñâåòîì ñ âûäåëåíèåì ëþáîé äëèíû âîëíû (ïðè êîíòðîëå õðîìàòèçìà), îòñóòñòâèå ýòàëîííîé îïòè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè.
Äëÿ êîìïüþòåðíîé îáðàáîòêè èíòåðôåðîãðàìì, ïîëó÷åííûõ íà äèôðàêöèîííîì èíòåðôåðîìåòðå ñ ðåøåòêîé, ðàçðàáîòàíà ïðîãðàììà “Tiger”, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò àâòîìàòè÷åñêè ðàñøèôðîâûâàòü èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû, ðàññ÷èòûâàòü äåôîðìàöèè âîëíîâîãî ôðîíòà è õàðàêòåðèñòèêè êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêîé ñèñòåìû, òàêèå êàê ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ òî÷êè (ÔÐÒ), ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ ëèíèè (ÔÐË) è ôóíêöèÿ ïåðåäà÷è ìîäóëÿöèè (ÔÏÌ) èëè ÷àñòîòíî-êîíòðàñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà (×ÊÕ).
Êîäû OCIS: 120.0120.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 07.10.2008.
Ââåäåíèå
 ïîñëåäíåå âðåìÿ íàðÿäó ñ êëàññè÷åñêèìè èíòåðôåðîìåòðàìè, ïîñòðîåííûìè ïî ïðèíöèïó äåëåíèÿ àìïëèòóäû ñâåòîâîé âîëíû è ïðèìåíåíèÿ îáðàçöîâîãî âîëíîâîãî ôðîíòà, âåäóòñÿ ðàáîòû ïî ñîçäàíèþ è ïðèìåíåíèþ èíòåðôåðîìåòðà, ïîñòðîåííîãî ïî ïðèíöèïó ñäâèãà ðàçäâîåííîãî ïî àìïëèòóäå ðàáî÷åãî âîëíîâîãî ôðîíòà. Âíèìàíèå èññëåäîâàòåëåé ê ýòèì ïðèáîðàì ïðèâëå÷åíî ãëàâíûì îáðàçîì áëàãîäàðÿ èõ âûñîêîé óñòîé÷èâîñòè ê âèáðàöèÿì. Êðîìå òîãî, ïðèáîðû ïî òàêèì ñõåìàì íå òðåáóþò èñïîëüçîâàíèÿ ýòàëîííûõ îïòè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé è ïîçâîëÿþò âåñòè êîíòðîëü ïðè îñâåùåíèè áåëûì ñâåòîì èëè ñ âûäåëåíèåì ëþáîé äëèíû âîëíû.
Äàííàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà óñîâåðøåíñòâîâàíèþ èíòåðôåðîìåòðîâ ñäâèãà íà áàçå ïðèìåíåíèÿ íèçêî÷àñòîòíîé äèôðàêöèîííîé ðåøåòêè â öåëÿõ êîíòðîëÿ îïòèêè ìèêðîñêîïîâ. Äàííûé ïðèíöèï áûë ïðåäëîæåí â íà÷àëå ïðîøëîãî âåêà èòàëüÿíñêèì ó÷åíûì Âàñêî Ðîíêè äëÿ êîíòðîëÿ àñòðîíîìè÷åñêèõ ñèñòåì.
Íàáëþäàÿ èíòåðôåðîãðàììó Ðîíêè, ëåãêî ïîëó÷èòü êà÷åñòâåííîå ïðåäñòàâëåíèå î äåôîðìàöèè âîëíîâîãî ôðîíòà è ñîîòâåòñòâåííî î ïîãðåøíîñòÿõ êîíòðîëèðóåìîé ïîâåðõíîñòè èëè àáåððàöèÿõ èññëåäóåìîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìû. Ïðèìåðû èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè è ñîîòâåòñòâóþùèå èì ïîãðåøíîñòè ïîâåðõíîñòåé ïîêàçàíû â ðàáîòå Ìàëàêàðû [1].
Ïðèíöèï ìåòîäà
Ïðèíöèï äåéñòâèÿ èíòåðôåðîìåòðà [2, 3] ñîñòîèò â íàëîæåíèè äâóõ âçàèìíî êîãåðåíòíûõ ñôåðè÷åñêèõ âîëíîâûõ ôðîíòîâ â ðåæèìå èíòåðôåðåíöèè ñäâèãà (ðèñ. 1).
Ñôåðè÷åñêàÿ âîëíà, ñôîðìèðîâàííàÿ èññëåäóåìîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìîé, èìåþùàÿ öåíòð êðèâèçíû â òî÷êå P, ïàäàåò íà ëèíåéíóþ ðåøåòêó R, óñòàíîâëåííóþ íîðìàëüíî ê îïòè÷åñêîé îñè âáëèçè ïëîñêîñòè ôîêóñèðîâêè òåñò-îáúåêòà “ñâåòÿùàÿñÿ òî÷êà”. Ðåøåòêà èìååò ïðîñòðàíñòâåííóþ ÷àñòîòó m è îòñòîèò îò öåíòðà êðèâèçíû ñôåðè÷åñêîé âîëíû íà ðàññòîÿíèå y. Ýòî ðàññòîÿíèå ñ÷èòàåòñÿ ïîëîæèòåëüíûì, åñëè îòñ÷åò ïðîèçâîäèòñÿ â íàïðàâëåíèè, îáðàòíîì íàïðàâëåíèþ ðàñïðîñòðàíåíèþ ñâåòà. Ïðè ýòîì ïî îáåèì ñòîðîíàì îò òî÷êè Ð îá-
1/M d′
R α 1/m
P′
y
P
β d
x D
Ðèñ. 1. Ñõåìà ôîðìèðîâàíèÿ èíòåðôåðîãðàììû Ðîíêè.
24 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
ðàçóþòñÿ äèôðàêöèîííûå ñïåêòðû ðàçëè÷íûõ ïîðÿäêîâ, èìåþùèå äëÿ ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî ñâåòà âèä òî÷åê. Ðàññòîÿíèå ìåæäó ñïåêòðàìè äëÿ ìàëûõ óãëîâ äèôðàêöèè ðàâíî d = yβ, ãäå β = mλ – óãîë äèôðàêöèè. Îòñþäà d = ymλ.
Èòàê, ðåøåòêà ïîðîæäàåò ðÿä äèôðàãèðîâàííûõ âîëí. Èç âñåé ñîâîêóïíîñòè äèôðàãèðîâàííûõ ôðîíòîâ äèàôðàãìîé âûäåëÿþòñÿ òîëüêî äâà ñîñåäíèõ ôðîíòà, ïîâåðíóòûõ íà óãîë βñ è ñìåùåííûõ íà ðàññòîÿíèå d îäèí îòíîñèòåëüíî äðóãîãî.
Ïîñëå êîíöåíòðàöèè â òî÷êàõ P è P′ ñôåðè÷åñêèå ôðîíòû ðàñõîäÿòñÿ, îáðàçóÿ â òîé îáëàñòè ïðîñòðàíñòâà, ãäå îíè ïåðåêðûâàþòñÿ ñ íàêëîíîì íà óãîë β′ = d/x, èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû.
×àñòîòà èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ ñâÿçàíà ñ ÷àñòîòîé ðåøåòêè ñîîòíîøåíèåì [2]
M = my/x.
Ïðè îòñóòñòâèè äåôîðìàöèé íàëîæåííûõ ôðîíòîâ ýòè ïîëîñû ïðÿìîëèíåéíû, ïàðàëëåëüíû è íàõîäÿòñÿ äðóã îò äðóãà íà ðàâíûõ ðàññòîÿíèÿõ.
Òàêèì îáðàçîì, âîçíèêàþùàÿ â ýòîé ñõåìå èíòåðôåðåíöèîííàÿ êàðòèíà åñòü ðåçóëüòàò ñëîæåíèÿ è èíòåðôåðåíöèè ñäâèãà ðàáî÷åé âîëíû, ðàçäâîåííîé â ðåçóëüòàòå äèôðàêöèè íà ðåøåòêå è íåñóùåé èíôîðìàöèþ îá àáåððàöèÿõ èññëåäóåìîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìû.
Ñõåìà óñòàíîâêè
Äàííàÿ ðàáîòà áûëà íàïðàâëåíà íà ðåøåíèå òàêîé àêòóàëüíîé çàäà÷è, êàê ìîäåðíèçàöèÿ èíòåðôåðîìåòðà íà áàçå ñõåìû Ðîíêè (ðèñ. 2), ÷òî ñïîñîáñòâîâàëî áû ðàñøèðåíèþ âîçìîæíîñòåé äàííîãî ïðèáîðà è óïðîùåíèþ îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ.
Òðàäèöèîííûé èíòåðôåðîìåòð íà áàçå ñõåìû Ðîíêè ðàññ÷èòàí íà âèçóàëüíîå âîñïðèÿòèå èíòåðôåðîãðàìì.  ýòîì ñëó÷àå ìîæíî ñóäèòü î ìàêñèìàëüíûõ îøèáêàõ ïîâåðõíîñòè ïî ñòðåëêàì ïðîãèáà ïîëîñ. Òàêîãî àíàëèçà íå âñåãäà áûâàåò äîñòàòî÷íî, è âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ïðèáåãíóòü ê ñïåöèàëüíûì êîìïüþòåðíûì ïðîãðàììàì, ïðåäíàçíà÷åííûì äëÿ áîëåå ïîëíîãî è òî÷íîãî àíàëèçà.
Ïðîáëåìó êîìïüþòåðèçàöèè èíòåðôåðîìåòðà íà áàçå ñõåìû Ðîíêè ìîæíî ðåøèòü, îñíàñòèâ åãî öèôðîâîé ôîòîêàìåðîé.
Öèôðîâàÿ ôîòîêàìåðà â ñõåìå ïðèáîðà çàìåíÿåò ãëàç íàáëþäàòåëÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü ôîòîãðàôèè èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí. Òàêèì îáðàçîì ñîçäàåòñÿ âîçìîæíîñòü îïåðàòèâíîãî ââîäà èíôîðìàöèè â êîìïüþòåð äëÿ ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêè.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî êîìïüþòåðèçàöèÿ èíòåðôåðîìåòðà íà áàçå ñõåìû Ðîíêè ïðåäîñòàâëÿåò è äðóãèå âîçìîæíîñòè. Òàê, íàïðèìåð, ìîæíî èñïîëü-
(à)
(á)
23 4 15
6 7
89
Ðèñ. 2. Èíòåðôåðîìåòð äëÿ êîíòðîëÿ îïòèêè ìèêðîñêîïà. à – îáùèé âèä óñòàíîâêè, á – ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà èíòåðôåðîìåòðà. 1 – ëàìïà, 2 – êîíäåíñîð, 3 – ñâåòîôèëüòð, 4 – òî÷å÷íàÿ èëè ùåëåâàÿ äèàôðàãìà, 5 – èññëåäóåìûé ìèêðîîáúåêòèâ, 6 – äèôðàêöèîííàÿ ðåøåòêà, 7 – îáúåêòèâ íàáëþäàòåëüíîé ñèñòåìû, 8 – îêóëÿð íàáëþäàòåëüíîé ñèñòåìû, 9 – ãëàç íàáëþäàòåëÿ èëè ðåãèñòðèðóþùàÿ êàìåðà.
çîâàòü ãðàôè÷åñêèé ðåäàêòîð äëÿ óëó÷øåíèÿ êà÷åñòâà ïîëó÷åííûõ èçîáðàæåíèé èíòåðôåðîãðàìì. Íà ôîòîãðàôèÿõ èíòåðôåðîãðàìì ìîæíî èíñòðóìåíòàëüíî èçìåðèòü îøèáêè âîëíîâîãî ôðîíòà ïî ïðîãèáàì ïîëîñ, â òîì ÷èñëå èñïîëüçóÿ ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð. Âîçìîæíî õðàíåíèå è ñèñòåìàòèçàöèÿ äàííûõ.
 äàííîé ðàáîòå èñïîëüçîâàëàñü öèôðîâàÿ ôîòîêàìåðà Olympus Camedia C-370. Ýòà êàìåðà îñíàùåíà çóì-îáúåêòèâîì (f î′á = 5,8–17 ìì; 1/2,9–1/5,0; 3,2×) è èìååò ïåðåìåííûé óãîë ïîëÿ çðåíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, ñîçäàåòñÿ âîçìîæíîñòü îïòèìèçèðîâàòü ìàñøòàá è êà÷åñòâî èçîáðàæåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí äëÿ èññëåäóåìûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì è ïîâåðõíîñòåé ðàçëè÷íûõ àïåðòóð.
 ïðîöåññå ðàáîòû áûë èññëåäîâàí ìàêåò ìîäåðíèçèðîâàííîãî èíòåðôåðîìåòðà íà áàçå ñõåìû Ðîíêè, ïîçâîëÿþùåãî ïðîâîäèòü ïîëíîöåííûå è ïîäðîáíûå èññëåäîâàíèÿ. Áûëè ïîëó÷åíû êà÷åñòâåííûå öèôðîâûå ôîòîãðàôèè èíòåðôåðîãðàìì. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ïðèâåäåíû äàëåå.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
25
Ïðèíöèï âîññòàíîâëåíèÿ âîëíîâîãî ôðîíòà ïðè îáðàáîòêå
èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè
Îñíîâíàÿ ôîðìóëà äëÿ ãåîìåòðè÷åñêîé ìîäåëè ìåòîäà Ðîíêè [1, 4]
∂wcosϕ ∂x
−
∂wsinϕ ∂y
=
−
nd r
,
(1)
ãäå ϕ – óãîë ìåæäó ëèíèÿìè ðåøåòêè è îñüþ y, r – ðàäèóñ êðèâèçíû âîëíîâîãî ôðîíòà, w – äåôîðìàöèÿ âîëíîâîãî ôðîíòà, x è y – êîîðäèíàòû, íîðìàëüíûå ê îïòè÷åñêîé îñè, n – íîìåð ïîëîñû.
Ïðè ϕ = 0, òî åñòü êîãäà ëèíèè ïàðàëëåëüíû îñè y, èíòåðôåðîãðàììà ïî ýòîé îñè îïèñûâàåòñÿ ôîðìóëîé
∂w ∂x
=
−
nd r
.
(2)
Êîîðäèíàòà èíòåðôåðåíöèîííîé ïîëîñû Ðîíêè â ýòîì ñëó÷àå çàâèñèò òîëüêî îò ïåðâîé ïðîèçâîäíîé âîëíîâîãî ôðîíòà ïî íàïðàâëåíèþ x, ïîýòîìó ïðè åå îáðàáîòêå ïîëó÷àåòñÿ
f1(x, y) = ∂w/∂x.
Ïîäîáíûì îáðàçîì ïðè îáðàáîòêå èíòåðôåðîãðàììû, ïîëó÷åííîé â ñëó÷àå, êîãäà ëèíèè ðåøåòêè ïàðàëëåëüíû îñè y (ϕ = 90°), èìååòñÿ
f2(x, y) = ∂w/∂y.
Òàêèì îáðàçîì, ïðè îáðàáîòêå èíòåðôåðîãðàììû ïî äâóì íàïðàâëåíèÿì ðàññìàòðèâàåòñÿ ñèñòåìà äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé
∂w(x, y)
∂x
∂w(
x,
y)
∂y
= =
f1(x, y) .
f2 (x, y)
(4)
Ðåøåíèå ñèñòåìû äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé
(4) äàåò ïîëíóþ ïîâåðõíîñòü äåôîðìàöèè âîëíîâî-
ãî ôðîíòà w(x, y). Ñèñòåìà óðàâíåíèé (4) ðåøàåòñÿ
÷èñëåííûì ìåòîäîì Ðóíãå–Êóòòà. Ïðè ýòîì íåîá-
õîäèìî âûáðàòü íà÷àëüíîå óñëîâèå.
Óäîáíî âûáðàòü wx=0 = 0. y=0
Ñõåìà àëãîðèòìà îáðàáîòêè èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè ïîêàçàíà íà ðèñ. 3. Îíà ïîçâîëÿåò âîññòàíàâëèâàòü ôóíêöèþ äåôîðìàöèè âîëíîâîãî ôðîíòà, îáðàáàòûâàÿ äâå èíòåðôåðîãðàììû Ðîíêè, ïîëó÷åííûå ïðè îðèåíòàöèè ðåøåòêè ïîñëåäîâàòåëüíî ïî äâóì íàïðàâëåíèÿì, è äàëåå – àíàëèçèðîâàòü ðåçóëüòàòû äëÿ ïîëó÷åíèÿ õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà îïòè÷åñêèõ ñèñòåì, òàêèõ êàê, íàïðèìåð, ÔÐÒ, ÔÐË è ×ÊÕ.
Äëÿ èëëþñòðàöèè è ïðîâåðêè ðàáîòû ïðîãðàììû ìîæíî ðàññìîòðåòü (ðèñ. 4, 5) ïðèìåð îáðàáîò-
Íà÷àëî Èíòåðôåðîãðàììû Ðîíêè
ïî íàïðàâëåíèÿì x è y
Îáðàáîòêà èíòåðôåðîãðàììû
Ðîíêè, ñôîðìèðîâàííîé ïî íàïðàâëåíèþ x
f1 (x, y)
Îáðàáîòêà èíòåðôåðîãðàììû
Ðîíêè, ñôîðìèðîâàííîé ïî íàïðàâëåíèþ y
f2 (x, y)
Ìåòîä Ðóíãå–Êóòòà
Ôóíêöèÿ äåôîðìàöèé âîëíîâîãî ôðîíòà w (x, y)
Êîíåö Ðèñ. 3. Àëãîðèòì îáðàáîòêè èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè.
(à) (á)
w(x, y) 1
0
(â) 1
2
(ã)
–1 –1 – 0,5
0
0,5 x, y
y
x
Ðèñ. 4. Èíòåðôåðîãðàììû Ðîíêè è èõ îáðàáîòêà â ïðîãðàììå “Òiger”. à, á – èíòåðôåðîãðàììû ïðè îðèåíòàöèè ðåøåòêè ïî íàïðàâëåíèþ x è ïî íàïðàâëåíèþ y; â, ã – ðåçóëüòàò îáðàáîòêè èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè ïîñëå ðåøåíèÿ ñèñòåìû äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé ïî íàïðàâëåíèÿì x è y. Ïîëó÷åíà ïîëíàÿ êàðòèíà ïîâåðõíîñòè äåôîðìàöèé âîëíîâîãî ôðîíòà (1 – ñå÷åíèå ïî x, 2 – ñå÷åíèå ïî y).
26 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
(à) (á)
E(x, y) 0,06
0,04
0,02
(â) 1
2
T~(ν) 1
1 0,5
2
(ã)
0 –4 –2 0
2
4 x, y
0
0,1 0,2 0,3 0,4 ν
Ðèñ. 5. Õàðàêòåðèñòèêè êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ. à, á – èçîáðàæåíèå òî÷êè è òðåõìåðíîå îòîáðàæåíèå ÔÐÒ, ïîëó÷åííûå ïðè ïðåîáðàçîâàíèè ôóíêöèè Ôóðüå äåôîðìàöèé âîëíîâîãî ôðîíòà, â – ãðàôèê ôóíêöèè ðàññåÿíèÿ òî÷êè â êàíîíè÷åñêîì ìàñøòàáå ïðîñòðàíñòâåííûõ êîîðäèíàò (x, y). Îöèôðîâêà îñè îðäèíàò âûïîëíåíà, èñõîäÿ èç ÷èñëà Øòðåëÿ (1 – ñå÷åíèå ïî x; 2 – ñå÷åíèå ïî y), ã – ÔÏÌ â êàíîíè÷åñêîì ìàñøòàáå, êðèâûå ïðîíóìåðîâàíû ïî òåì æå ïðîñòðàíñòâåííûì êîîðäèíàòàì.
êè èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè àáåððàöèè êîìû, ïðåäñòàâëåííîé â êíèãå Ä. Ìàëàêàðû “Îïòè÷åñêèé ïðîèçâîäñòâåííûé êîíòðîëü” [1, Ñ. 225, ðèñ. 9.5].
Çàêëþ÷åíèå
Äàííàÿ ðàáîòà ñòàâèëà öåëü êîìïüþòåðèçèðîâàòü èíòåðôåðîìåòð íà áàçå ñõåìû Ðîíêè àãðåãàòèðîâàíèåì èíòåðôåðîìåòðà Ðîíêè ñ öèôðîâîé ôîòîêàìåðîé.
Âûïîëíåííàÿ ðàáîòà ïîçâîëèëà ñîçäàòü êîìïëåêñ êîìïüþòåðèçèðîâàííîãî èíòåðôåðîìåòðà Ðîíêè ñ íîâûìè âîçìîæíîñòÿìè, òàêèìè êàê
– ýêðàííîå îòîáðàæåíèå è îáùàÿ îöåíêà õàðàêòåðà àáåððàöèè ïî âèäó êàðòèíû èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ,
– âîçìîæíîñòü ðåãèñòðàöèè èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí è êîìïüþòåðíîé îáðàáîòêè äëÿ óëó÷øåíèÿ èõ ñòðóêòóðû (íàïðèìåð, óìåíüøåíèå óðîâíÿ øóìîâ â èçîáðàæåíèè), ÷òî äàåò ïîëîæèòåëüíûé ýôôåêò â òî÷íîñòè èññëåäîâàíèÿ,
– ïðèìåíåíèå êîìïüþòåðà ñîçäàåò âîçìîæíîñòü îïåðàòèâíîé àâòîìàòè÷åñêîé ðàñøèôðîâêè èíòåð-
ôåðîãðàìì ïóòåì îïîçíàâàíèÿ è îöèôðîâêè êîîðäèíàò ïîëîñ,
– ïðèìåíåíèå êîìïüþòåðíîé ïðîãðàììû äåëàåò ïðåäïîñûëêè äëÿ âñåñòîðîííåé îáðàáîòêè èíôîðìàöèè ñ öåëüþ äàëüíåéøåãî ïîëó÷åíèÿ õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà èññëåäóåìîé ñèñòåìû, òàêèõ êàê ÔÐÒ, ÔÐË è ÔÏÌ,
– êîìïüþòåðíàÿ îáðàáîòêà ïîçâîëÿåò òàêæå îòîáðàçèòü ðåçóëüòàòû èíòåðôåðîìåòðèè Ðîíêè â ôîðìå òåíåâîé êàðòèíû èññëåäóåìîé ñèñòåìû, ÷òî â ðÿäå ñëó÷àåâ óëó÷øàåò óñëîâèÿ îöåíêè õàðàêòåðèñòèê èññëåäóåìîãî îáúåêòà.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Ìàëàêàðà Ä. Îïòè÷åñêèé ïðîèçâîäñòâåííûé êîíòðîëü. Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1985. 400 ñ.
12. Èâàíîâà Ò.À., Êèðèëëîâñêèé Â.Ê. Ïðîåêòèðîâàíèå è êîíòðîëü îïòèêè ìèêðîñêîïîâ. Ë.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1984. 232 ñ.
13. Êèðèëëîâñêèé Â. Ê. Îïòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ. ×. 5. ÑÏá.: èçä. ÃÓ ÈÒÌÎ, 2006. 104 ñ.
14. Ðîíêè Â. Èñïûòàíèå îïòè÷åñêèõ ñèñòåì. Ì.–Ë.: Ãîñòåõòåîðèçäàò, 1933. 102 ñ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
27
ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÀ È ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÈÇÈÐÎÂÀÍÍÎÃÎ ÈÍÒÅÐÔÅÐÎÌÅÒÐÀ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÑÕÅÌÛ ÐÎÍÊÈ È ÏÐÎÃÐÀÌÌÍÎÃÎ ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈß ÄËß ÐÀÑØÈÔÐÎÂÊÈ ÈÍÒÅÐÔÅÐÎÃÐÀÌÌ
2009 ã.
Ëå Çóé Òóàí; Â. Ê. Êèðèëëîâñêèé, äîêòîð òåõí. íàóê
Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé, ìåõàíèêè è îïòèêè, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
E-mail: DuyTuanKTQ@yahoo.com, Vkkir@mail.ru
Öåëüþ äàííîé ðàáîòû ñòàëè ìîäåðíèçàöèÿ è êîìïüþòåðèçàöèÿ èíòåðôåðîìåòðà ñ äèôðàêöèîííîé ðåøåòêîé íà îñíîâå ñõåìû Ðîíêè. Äîñòîèíñòâà èíòåðôåðîìåòðà: ïðîñòîòà è íàäåæíîñòü, íå÷óâñòâèòåëüíîñòü ê âèáðàöèÿì, âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ íåëàçåðíîãî èñòî÷íèêà ñ îñâåùåíèåì áåëûì ñâåòîì èëè ñâåòîì ñ âûäåëåíèåì ëþáîé äëèíû âîëíû (ïðè êîíòðîëå õðîìàòèçìà), îòñóòñòâèå ýòàëîííîé îïòè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè.
Äëÿ êîìïüþòåðíîé îáðàáîòêè èíòåðôåðîãðàìì, ïîëó÷åííûõ íà äèôðàêöèîííîì èíòåðôåðîìåòðå ñ ðåøåòêîé, ðàçðàáîòàíà ïðîãðàììà “Tiger”, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò àâòîìàòè÷åñêè ðàñøèôðîâûâàòü èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû, ðàññ÷èòûâàòü äåôîðìàöèè âîëíîâîãî ôðîíòà è õàðàêòåðèñòèêè êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêîé ñèñòåìû, òàêèå êàê ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ òî÷êè (ÔÐÒ), ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ ëèíèè (ÔÐË) è ôóíêöèÿ ïåðåäà÷è ìîäóëÿöèè (ÔÏÌ) èëè ÷àñòîòíî-êîíòðàñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà (×ÊÕ).
Êîäû OCIS: 120.0120.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 07.10.2008.
Ââåäåíèå
 ïîñëåäíåå âðåìÿ íàðÿäó ñ êëàññè÷åñêèìè èíòåðôåðîìåòðàìè, ïîñòðîåííûìè ïî ïðèíöèïó äåëåíèÿ àìïëèòóäû ñâåòîâîé âîëíû è ïðèìåíåíèÿ îáðàçöîâîãî âîëíîâîãî ôðîíòà, âåäóòñÿ ðàáîòû ïî ñîçäàíèþ è ïðèìåíåíèþ èíòåðôåðîìåòðà, ïîñòðîåííîãî ïî ïðèíöèïó ñäâèãà ðàçäâîåííîãî ïî àìïëèòóäå ðàáî÷åãî âîëíîâîãî ôðîíòà. Âíèìàíèå èññëåäîâàòåëåé ê ýòèì ïðèáîðàì ïðèâëå÷åíî ãëàâíûì îáðàçîì áëàãîäàðÿ èõ âûñîêîé óñòîé÷èâîñòè ê âèáðàöèÿì. Êðîìå òîãî, ïðèáîðû ïî òàêèì ñõåìàì íå òðåáóþò èñïîëüçîâàíèÿ ýòàëîííûõ îïòè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé è ïîçâîëÿþò âåñòè êîíòðîëü ïðè îñâåùåíèè áåëûì ñâåòîì èëè ñ âûäåëåíèåì ëþáîé äëèíû âîëíû.
Äàííàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà óñîâåðøåíñòâîâàíèþ èíòåðôåðîìåòðîâ ñäâèãà íà áàçå ïðèìåíåíèÿ íèçêî÷àñòîòíîé äèôðàêöèîííîé ðåøåòêè â öåëÿõ êîíòðîëÿ îïòèêè ìèêðîñêîïîâ. Äàííûé ïðèíöèï áûë ïðåäëîæåí â íà÷àëå ïðîøëîãî âåêà èòàëüÿíñêèì ó÷åíûì Âàñêî Ðîíêè äëÿ êîíòðîëÿ àñòðîíîìè÷åñêèõ ñèñòåì.
Íàáëþäàÿ èíòåðôåðîãðàììó Ðîíêè, ëåãêî ïîëó÷èòü êà÷åñòâåííîå ïðåäñòàâëåíèå î äåôîðìàöèè âîëíîâîãî ôðîíòà è ñîîòâåòñòâåííî î ïîãðåøíîñòÿõ êîíòðîëèðóåìîé ïîâåðõíîñòè èëè àáåððàöèÿõ èññëåäóåìîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìû. Ïðèìåðû èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè è ñîîòâåòñòâóþùèå èì ïîãðåøíîñòè ïîâåðõíîñòåé ïîêàçàíû â ðàáîòå Ìàëàêàðû [1].
Ïðèíöèï ìåòîäà
Ïðèíöèï äåéñòâèÿ èíòåðôåðîìåòðà [2, 3] ñîñòîèò â íàëîæåíèè äâóõ âçàèìíî êîãåðåíòíûõ ñôåðè÷åñêèõ âîëíîâûõ ôðîíòîâ â ðåæèìå èíòåðôåðåíöèè ñäâèãà (ðèñ. 1).
Ñôåðè÷åñêàÿ âîëíà, ñôîðìèðîâàííàÿ èññëåäóåìîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìîé, èìåþùàÿ öåíòð êðèâèçíû â òî÷êå P, ïàäàåò íà ëèíåéíóþ ðåøåòêó R, óñòàíîâëåííóþ íîðìàëüíî ê îïòè÷åñêîé îñè âáëèçè ïëîñêîñòè ôîêóñèðîâêè òåñò-îáúåêòà “ñâåòÿùàÿñÿ òî÷êà”. Ðåøåòêà èìååò ïðîñòðàíñòâåííóþ ÷àñòîòó m è îòñòîèò îò öåíòðà êðèâèçíû ñôåðè÷åñêîé âîëíû íà ðàññòîÿíèå y. Ýòî ðàññòîÿíèå ñ÷èòàåòñÿ ïîëîæèòåëüíûì, åñëè îòñ÷åò ïðîèçâîäèòñÿ â íàïðàâëåíèè, îáðàòíîì íàïðàâëåíèþ ðàñïðîñòðàíåíèþ ñâåòà. Ïðè ýòîì ïî îáåèì ñòîðîíàì îò òî÷êè Ð îá-
1/M d′
R α 1/m
P′
y
P
β d
x D
Ðèñ. 1. Ñõåìà ôîðìèðîâàíèÿ èíòåðôåðîãðàììû Ðîíêè.
24 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
ðàçóþòñÿ äèôðàêöèîííûå ñïåêòðû ðàçëè÷íûõ ïîðÿäêîâ, èìåþùèå äëÿ ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî ñâåòà âèä òî÷åê. Ðàññòîÿíèå ìåæäó ñïåêòðàìè äëÿ ìàëûõ óãëîâ äèôðàêöèè ðàâíî d = yβ, ãäå β = mλ – óãîë äèôðàêöèè. Îòñþäà d = ymλ.
Èòàê, ðåøåòêà ïîðîæäàåò ðÿä äèôðàãèðîâàííûõ âîëí. Èç âñåé ñîâîêóïíîñòè äèôðàãèðîâàííûõ ôðîíòîâ äèàôðàãìîé âûäåëÿþòñÿ òîëüêî äâà ñîñåäíèõ ôðîíòà, ïîâåðíóòûõ íà óãîë βñ è ñìåùåííûõ íà ðàññòîÿíèå d îäèí îòíîñèòåëüíî äðóãîãî.
Ïîñëå êîíöåíòðàöèè â òî÷êàõ P è P′ ñôåðè÷åñêèå ôðîíòû ðàñõîäÿòñÿ, îáðàçóÿ â òîé îáëàñòè ïðîñòðàíñòâà, ãäå îíè ïåðåêðûâàþòñÿ ñ íàêëîíîì íà óãîë β′ = d/x, èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû.
×àñòîòà èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ ñâÿçàíà ñ ÷àñòîòîé ðåøåòêè ñîîòíîøåíèåì [2]
M = my/x.
Ïðè îòñóòñòâèè äåôîðìàöèé íàëîæåííûõ ôðîíòîâ ýòè ïîëîñû ïðÿìîëèíåéíû, ïàðàëëåëüíû è íàõîäÿòñÿ äðóã îò äðóãà íà ðàâíûõ ðàññòîÿíèÿõ.
Òàêèì îáðàçîì, âîçíèêàþùàÿ â ýòîé ñõåìå èíòåðôåðåíöèîííàÿ êàðòèíà åñòü ðåçóëüòàò ñëîæåíèÿ è èíòåðôåðåíöèè ñäâèãà ðàáî÷åé âîëíû, ðàçäâîåííîé â ðåçóëüòàòå äèôðàêöèè íà ðåøåòêå è íåñóùåé èíôîðìàöèþ îá àáåððàöèÿõ èññëåäóåìîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìû.
Ñõåìà óñòàíîâêè
Äàííàÿ ðàáîòà áûëà íàïðàâëåíà íà ðåøåíèå òàêîé àêòóàëüíîé çàäà÷è, êàê ìîäåðíèçàöèÿ èíòåðôåðîìåòðà íà áàçå ñõåìû Ðîíêè (ðèñ. 2), ÷òî ñïîñîáñòâîâàëî áû ðàñøèðåíèþ âîçìîæíîñòåé äàííîãî ïðèáîðà è óïðîùåíèþ îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ.
Òðàäèöèîííûé èíòåðôåðîìåòð íà áàçå ñõåìû Ðîíêè ðàññ÷èòàí íà âèçóàëüíîå âîñïðèÿòèå èíòåðôåðîãðàìì.  ýòîì ñëó÷àå ìîæíî ñóäèòü î ìàêñèìàëüíûõ îøèáêàõ ïîâåðõíîñòè ïî ñòðåëêàì ïðîãèáà ïîëîñ. Òàêîãî àíàëèçà íå âñåãäà áûâàåò äîñòàòî÷íî, è âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ïðèáåãíóòü ê ñïåöèàëüíûì êîìïüþòåðíûì ïðîãðàììàì, ïðåäíàçíà÷åííûì äëÿ áîëåå ïîëíîãî è òî÷íîãî àíàëèçà.
Ïðîáëåìó êîìïüþòåðèçàöèè èíòåðôåðîìåòðà íà áàçå ñõåìû Ðîíêè ìîæíî ðåøèòü, îñíàñòèâ åãî öèôðîâîé ôîòîêàìåðîé.
Öèôðîâàÿ ôîòîêàìåðà â ñõåìå ïðèáîðà çàìåíÿåò ãëàç íàáëþäàòåëÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü ôîòîãðàôèè èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí. Òàêèì îáðàçîì ñîçäàåòñÿ âîçìîæíîñòü îïåðàòèâíîãî ââîäà èíôîðìàöèè â êîìïüþòåð äëÿ ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêè.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî êîìïüþòåðèçàöèÿ èíòåðôåðîìåòðà íà áàçå ñõåìû Ðîíêè ïðåäîñòàâëÿåò è äðóãèå âîçìîæíîñòè. Òàê, íàïðèìåð, ìîæíî èñïîëü-
(à)
(á)
23 4 15
6 7
89
Ðèñ. 2. Èíòåðôåðîìåòð äëÿ êîíòðîëÿ îïòèêè ìèêðîñêîïà. à – îáùèé âèä óñòàíîâêè, á – ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà èíòåðôåðîìåòðà. 1 – ëàìïà, 2 – êîíäåíñîð, 3 – ñâåòîôèëüòð, 4 – òî÷å÷íàÿ èëè ùåëåâàÿ äèàôðàãìà, 5 – èññëåäóåìûé ìèêðîîáúåêòèâ, 6 – äèôðàêöèîííàÿ ðåøåòêà, 7 – îáúåêòèâ íàáëþäàòåëüíîé ñèñòåìû, 8 – îêóëÿð íàáëþäàòåëüíîé ñèñòåìû, 9 – ãëàç íàáëþäàòåëÿ èëè ðåãèñòðèðóþùàÿ êàìåðà.
çîâàòü ãðàôè÷åñêèé ðåäàêòîð äëÿ óëó÷øåíèÿ êà÷åñòâà ïîëó÷åííûõ èçîáðàæåíèé èíòåðôåðîãðàìì. Íà ôîòîãðàôèÿõ èíòåðôåðîãðàìì ìîæíî èíñòðóìåíòàëüíî èçìåðèòü îøèáêè âîëíîâîãî ôðîíòà ïî ïðîãèáàì ïîëîñ, â òîì ÷èñëå èñïîëüçóÿ ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð. Âîçìîæíî õðàíåíèå è ñèñòåìàòèçàöèÿ äàííûõ.
 äàííîé ðàáîòå èñïîëüçîâàëàñü öèôðîâàÿ ôîòîêàìåðà Olympus Camedia C-370. Ýòà êàìåðà îñíàùåíà çóì-îáúåêòèâîì (f î′á = 5,8–17 ìì; 1/2,9–1/5,0; 3,2×) è èìååò ïåðåìåííûé óãîë ïîëÿ çðåíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, ñîçäàåòñÿ âîçìîæíîñòü îïòèìèçèðîâàòü ìàñøòàá è êà÷åñòâî èçîáðàæåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí äëÿ èññëåäóåìûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì è ïîâåðõíîñòåé ðàçëè÷íûõ àïåðòóð.
 ïðîöåññå ðàáîòû áûë èññëåäîâàí ìàêåò ìîäåðíèçèðîâàííîãî èíòåðôåðîìåòðà íà áàçå ñõåìû Ðîíêè, ïîçâîëÿþùåãî ïðîâîäèòü ïîëíîöåííûå è ïîäðîáíûå èññëåäîâàíèÿ. Áûëè ïîëó÷åíû êà÷åñòâåííûå öèôðîâûå ôîòîãðàôèè èíòåðôåðîãðàìì. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ïðèâåäåíû äàëåå.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
25
Ïðèíöèï âîññòàíîâëåíèÿ âîëíîâîãî ôðîíòà ïðè îáðàáîòêå
èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè
Îñíîâíàÿ ôîðìóëà äëÿ ãåîìåòðè÷åñêîé ìîäåëè ìåòîäà Ðîíêè [1, 4]
∂wcosϕ ∂x
−
∂wsinϕ ∂y
=
−
nd r
,
(1)
ãäå ϕ – óãîë ìåæäó ëèíèÿìè ðåøåòêè è îñüþ y, r – ðàäèóñ êðèâèçíû âîëíîâîãî ôðîíòà, w – äåôîðìàöèÿ âîëíîâîãî ôðîíòà, x è y – êîîðäèíàòû, íîðìàëüíûå ê îïòè÷åñêîé îñè, n – íîìåð ïîëîñû.
Ïðè ϕ = 0, òî åñòü êîãäà ëèíèè ïàðàëëåëüíû îñè y, èíòåðôåðîãðàììà ïî ýòîé îñè îïèñûâàåòñÿ ôîðìóëîé
∂w ∂x
=
−
nd r
.
(2)
Êîîðäèíàòà èíòåðôåðåíöèîííîé ïîëîñû Ðîíêè â ýòîì ñëó÷àå çàâèñèò òîëüêî îò ïåðâîé ïðîèçâîäíîé âîëíîâîãî ôðîíòà ïî íàïðàâëåíèþ x, ïîýòîìó ïðè åå îáðàáîòêå ïîëó÷àåòñÿ
f1(x, y) = ∂w/∂x.
Ïîäîáíûì îáðàçîì ïðè îáðàáîòêå èíòåðôåðîãðàììû, ïîëó÷åííîé â ñëó÷àå, êîãäà ëèíèè ðåøåòêè ïàðàëëåëüíû îñè y (ϕ = 90°), èìååòñÿ
f2(x, y) = ∂w/∂y.
Òàêèì îáðàçîì, ïðè îáðàáîòêå èíòåðôåðîãðàììû ïî äâóì íàïðàâëåíèÿì ðàññìàòðèâàåòñÿ ñèñòåìà äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé
∂w(x, y)
∂x
∂w(
x,
y)
∂y
= =
f1(x, y) .
f2 (x, y)
(4)
Ðåøåíèå ñèñòåìû äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé
(4) äàåò ïîëíóþ ïîâåðõíîñòü äåôîðìàöèè âîëíîâî-
ãî ôðîíòà w(x, y). Ñèñòåìà óðàâíåíèé (4) ðåøàåòñÿ
÷èñëåííûì ìåòîäîì Ðóíãå–Êóòòà. Ïðè ýòîì íåîá-
õîäèìî âûáðàòü íà÷àëüíîå óñëîâèå.
Óäîáíî âûáðàòü wx=0 = 0. y=0
Ñõåìà àëãîðèòìà îáðàáîòêè èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè ïîêàçàíà íà ðèñ. 3. Îíà ïîçâîëÿåò âîññòàíàâëèâàòü ôóíêöèþ äåôîðìàöèè âîëíîâîãî ôðîíòà, îáðàáàòûâàÿ äâå èíòåðôåðîãðàììû Ðîíêè, ïîëó÷åííûå ïðè îðèåíòàöèè ðåøåòêè ïîñëåäîâàòåëüíî ïî äâóì íàïðàâëåíèÿì, è äàëåå – àíàëèçèðîâàòü ðåçóëüòàòû äëÿ ïîëó÷åíèÿ õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà îïòè÷åñêèõ ñèñòåì, òàêèõ êàê, íàïðèìåð, ÔÐÒ, ÔÐË è ×ÊÕ.
Äëÿ èëëþñòðàöèè è ïðîâåðêè ðàáîòû ïðîãðàììû ìîæíî ðàññìîòðåòü (ðèñ. 4, 5) ïðèìåð îáðàáîò-
Íà÷àëî Èíòåðôåðîãðàììû Ðîíêè
ïî íàïðàâëåíèÿì x è y
Îáðàáîòêà èíòåðôåðîãðàììû
Ðîíêè, ñôîðìèðîâàííîé ïî íàïðàâëåíèþ x
f1 (x, y)
Îáðàáîòêà èíòåðôåðîãðàììû
Ðîíêè, ñôîðìèðîâàííîé ïî íàïðàâëåíèþ y
f2 (x, y)
Ìåòîä Ðóíãå–Êóòòà
Ôóíêöèÿ äåôîðìàöèé âîëíîâîãî ôðîíòà w (x, y)
Êîíåö Ðèñ. 3. Àëãîðèòì îáðàáîòêè èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè.
(à) (á)
w(x, y) 1
0
(â) 1
2
(ã)
–1 –1 – 0,5
0
0,5 x, y
y
x
Ðèñ. 4. Èíòåðôåðîãðàììû Ðîíêè è èõ îáðàáîòêà â ïðîãðàììå “Òiger”. à, á – èíòåðôåðîãðàììû ïðè îðèåíòàöèè ðåøåòêè ïî íàïðàâëåíèþ x è ïî íàïðàâëåíèþ y; â, ã – ðåçóëüòàò îáðàáîòêè èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè ïîñëå ðåøåíèÿ ñèñòåìû äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé ïî íàïðàâëåíèÿì x è y. Ïîëó÷åíà ïîëíàÿ êàðòèíà ïîâåðõíîñòè äåôîðìàöèé âîëíîâîãî ôðîíòà (1 – ñå÷åíèå ïî x, 2 – ñå÷åíèå ïî y).
26 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
(à) (á)
E(x, y) 0,06
0,04
0,02
(â) 1
2
T~(ν) 1
1 0,5
2
(ã)
0 –4 –2 0
2
4 x, y
0
0,1 0,2 0,3 0,4 ν
Ðèñ. 5. Õàðàêòåðèñòèêè êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ. à, á – èçîáðàæåíèå òî÷êè è òðåõìåðíîå îòîáðàæåíèå ÔÐÒ, ïîëó÷åííûå ïðè ïðåîáðàçîâàíèè ôóíêöèè Ôóðüå äåôîðìàöèé âîëíîâîãî ôðîíòà, â – ãðàôèê ôóíêöèè ðàññåÿíèÿ òî÷êè â êàíîíè÷åñêîì ìàñøòàáå ïðîñòðàíñòâåííûõ êîîðäèíàò (x, y). Îöèôðîâêà îñè îðäèíàò âûïîëíåíà, èñõîäÿ èç ÷èñëà Øòðåëÿ (1 – ñå÷åíèå ïî x; 2 – ñå÷åíèå ïî y), ã – ÔÏÌ â êàíîíè÷åñêîì ìàñøòàáå, êðèâûå ïðîíóìåðîâàíû ïî òåì æå ïðîñòðàíñòâåííûì êîîðäèíàòàì.
êè èíòåðôåðîãðàìì Ðîíêè àáåððàöèè êîìû, ïðåäñòàâëåííîé â êíèãå Ä. Ìàëàêàðû “Îïòè÷åñêèé ïðîèçâîäñòâåííûé êîíòðîëü” [1, Ñ. 225, ðèñ. 9.5].
Çàêëþ÷åíèå
Äàííàÿ ðàáîòà ñòàâèëà öåëü êîìïüþòåðèçèðîâàòü èíòåðôåðîìåòð íà áàçå ñõåìû Ðîíêè àãðåãàòèðîâàíèåì èíòåðôåðîìåòðà Ðîíêè ñ öèôðîâîé ôîòîêàìåðîé.
Âûïîëíåííàÿ ðàáîòà ïîçâîëèëà ñîçäàòü êîìïëåêñ êîìïüþòåðèçèðîâàííîãî èíòåðôåðîìåòðà Ðîíêè ñ íîâûìè âîçìîæíîñòÿìè, òàêèìè êàê
– ýêðàííîå îòîáðàæåíèå è îáùàÿ îöåíêà õàðàêòåðà àáåððàöèè ïî âèäó êàðòèíû èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ,
– âîçìîæíîñòü ðåãèñòðàöèè èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí è êîìïüþòåðíîé îáðàáîòêè äëÿ óëó÷øåíèÿ èõ ñòðóêòóðû (íàïðèìåð, óìåíüøåíèå óðîâíÿ øóìîâ â èçîáðàæåíèè), ÷òî äàåò ïîëîæèòåëüíûé ýôôåêò â òî÷íîñòè èññëåäîâàíèÿ,
– ïðèìåíåíèå êîìïüþòåðà ñîçäàåò âîçìîæíîñòü îïåðàòèâíîé àâòîìàòè÷åñêîé ðàñøèôðîâêè èíòåð-
ôåðîãðàìì ïóòåì îïîçíàâàíèÿ è îöèôðîâêè êîîðäèíàò ïîëîñ,
– ïðèìåíåíèå êîìïüþòåðíîé ïðîãðàììû äåëàåò ïðåäïîñûëêè äëÿ âñåñòîðîííåé îáðàáîòêè èíôîðìàöèè ñ öåëüþ äàëüíåéøåãî ïîëó÷åíèÿ õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà èññëåäóåìîé ñèñòåìû, òàêèõ êàê ÔÐÒ, ÔÐË è ÔÏÌ,
– êîìïüþòåðíàÿ îáðàáîòêà ïîçâîëÿåò òàêæå îòîáðàçèòü ðåçóëüòàòû èíòåðôåðîìåòðèè Ðîíêè â ôîðìå òåíåâîé êàðòèíû èññëåäóåìîé ñèñòåìû, ÷òî â ðÿäå ñëó÷àåâ óëó÷øàåò óñëîâèÿ îöåíêè õàðàêòåðèñòèê èññëåäóåìîãî îáúåêòà.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Ìàëàêàðà Ä. Îïòè÷åñêèé ïðîèçâîäñòâåííûé êîíòðîëü. Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1985. 400 ñ.
12. Èâàíîâà Ò.À., Êèðèëëîâñêèé Â.Ê. Ïðîåêòèðîâàíèå è êîíòðîëü îïòèêè ìèêðîñêîïîâ. Ë.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1984. 232 ñ.
13. Êèðèëëîâñêèé Â. Ê. Îïòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ. ×. 5. ÑÏá.: èçä. ÃÓ ÈÒÌÎ, 2006. 104 ñ.
14. Ðîíêè Â. Èñïûòàíèå îïòè÷åñêèõ ñèñòåì. Ì.–Ë.: Ãîñòåõòåîðèçäàò, 1933. 102 ñ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
27