Fizika | Fénytan, Optika » Optikai elemek alakhűségének mérése Zygo interferométerrel

21. sz Hallgatói mérés 21. SZ HALLGATÓI MÉRÉS 21. Optikai elemek alakhűségének mérése Zygo interferométerrel 21.1 21.2 21.3 21.4 Az interferometrikus alakmérések alapelvei Az interferogramok kiértékelése A Zygo Mark II interferométer felépítése és kezelése Feladatok BME Atomfizika Tanszék 2006. 1 21. sz Hallgatói mérés Optikai elemek alakhűségének mérése interferométerrel 21.1 Az interferometrikus alakmérések alapelvei Az interferometrikus méréstechnika hagyományosan a legnagyobb pontosságot biztosító érintésmentes hosszés felületmérési módszer. A lézerek alkalmazása nemcsak kényelmesebbé tette a mérései eljárásokat, hanem az alkalmazási területeket is kiterjesztette. Az interferometria az optikai gyártás, minőségellenőrzés és beszabályozás alapvető eszközévé vált. Az interferometrikus mérések alapeszköze az optikai interferométer, amely a fény hullámtermészetét használja fel hosszmérésre. A

mérés során egy hullámfrontot több részre bontunk, (alapvetően egy referencia és egy mérési hullámfrontra) amelyek különböző optikai úthosszakat befutva újra egyesülnek, és interferencia csíkrendszert hoznak létre. Az interferencia csíkok geometriai alakját a hullámfrontok által megtett optikai úthosszak különbsége határozza meg. Az interferométerek ebből adódóan az λ optikai úthossz különbséget a felhasznált fényforrás hullámhosszának egységében adják meg. A csíkrendszerek lényeges jellemzője az ún. nagyítási tényező, ami azt mutatja meg, hogy két csík λ többszörösének felel meg. Például ha közötti távolság vagy λ , 2 síkpárhuzamos lemezt vizsgálunk Twyman-Green, vagy Fizeau λ interferométerrel, egy csík -nek felel meg, míg Mach-Zehnder 2 interferométer esetében egy csík λ -nak felel meg. BME Atomfizika Tanszék 2006. 2 21. sz Hallgatói mérés 21.1 ábra Interferométer típusok 21.2 Az

interferogramok kiértékelése Amikor két azonos alakú és fázisú hullámfront hoz létre csíkrendszert, a kapott kép egyenletes intenzitású és telítettségű, nem lehet csíkokat megkülönböztetni. Amikor enyhe szögeltérés van a hullámfrontok között, az interferogram egyenletes távolságra elhelyezkedő párhuzamos csíkokból áll. A hosszegységre eső csíkok száma az eltérés szögével arányos. BME Atomfizika Tanszék 2006. 3 21. sz Hallgatói mérés 21.2 ábra Interferencia csíkok kialakítása Ha enyhe fókusz eltérés (különbség a görbületi sugarak között) van a hullámfrontok között, a csíkrendszer koncentrikus körökből épül fel. szög eltérés fókusz eltérés szög és fókusz eltérés 21.3 ábra Alapvető alakhibák által keltett csíkrendszerek A statikus interferencia csíkrendszer önmagában nem tartalmaz fázis információt, vagyis nem tudhatjuk, hogy az eltérés milyen irányú. Az optikai gyártás során

elengedhetetlenül szükséges a felület alakjának ismerete mellett az eltérés irányának ismerete is ("hegy" vagy "völgy"). Ennek meghatározásához először meg kell találnunk a csíkrendszer 0 rendjét, vagyis azt a pontot, ahol 0 optikai úthossz különbség van a hullámfrontok között. Ezt legegyszerűbben úgy érhetjük el, hogy megváltoztatjuk az interferométer egyik karhosszát, és figyeljük a változást a csíkrendszerben. Például a távolságot csökkentve a csíkok a 0 rendtől távolodni fognak, míg a karhosszt növelve a 0 rendhez közelednek. Amikor a vizsgált hullámfront konvex a referencia hullámfronthoz képest a csíkok a 0 rend irányába görbülnek. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy pl egy enyhe görbületű tükröt vizsgálva és azt finoman az interferométer irányába közelítve, BME Atomfizika Tanszék 2006. 4 21. sz Hallgatói mérés ha azt tapasztaljuk, hogy a koncentrikus csíkok a középponttól

kifelé tágulnak, a tükör felülete domború. A csíkrendszer kiértékelésekor végülis valahogyan számszerűsíteni kell a referencia és a mérendő hullámfrontok eltérését. Ez történhet manuálisan a látott interferenciakép alapján, vagy automatizáltan, képfeldolgozó és kiértékelő programok segítségével. Manuális kiértékelés esetén grafikus közelítő módszerrel határozzuk meg a csíkrendszer eltérését valamely ideális csíkrendszertől. Az eltérést, azaz alakhibát általában az ideális csíkpárok közötti távolságra vonatkoztatva adjuk meg. eltérés = Δs ⋅ k ⋅ λ [ μm] s , ahol k a elrendezéstől függő konstans (Fizeau elrendezésben k=0,5) 21.4 ábra Torzítás hatása az ideális csíkokra 21.4 Feladatok - Határozza meg a gyakorlatvezető által adott síkpárhuzamos lemezek felületeinek síktól való eltérését az interferométer monitorán látott interferogram alapján, - Határozza meg a gyakorlatvezető

által adott síkpárhuzamos lemezek felületeinek síktól való eltérését az interferométer Zapp-PC programjával, - Határozza meg a gyakorlatvezető által adott gömbtükör felületének alakját az interferométer Zapp-PC programjával, - Határozza meg a gyakorlatvezető által adott gömbtükör görbületi sugarát. BME Atomfizika Tanszék 2006. 5