Способ интерферометрического контроля оптического элемента с периодической структурой пропускающего типа

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА С ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ ПРОПУСКАЮЩЕГО ТИПА(71) Заявитель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(72) Автор Ляликов Александр Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(57) Способ интерферометрического контроля оптического элемента с периодической структурой пропускающего типа, в котором формируют зондирующий световой пучок,размещают разнесенные в пространстве контролируемый и эталонный элементы по ходу распространения зондирующего светового пучка, разделяют по амплитуде и совмещают световые пучки, оптически сопрягают плоскость получения интерференционной картины и указанные элементы, интерференционную картину получают при выделении пучков,дифрагированных на контролируемом и эталонном элементах при совмещении зон, прошедших указанные элементы, контроль элемента осуществляют по полученной интерференционной картине, отличающийся тем, что контролируемый и эталонный элементы располагают вдоль направления сдвига интерферирующих пучков в одной плоскости,причем каждый в своей половине зондирующего светового пучка интерференционную картину получают при наложении дифрагированных световых пучков, смещенных в пространстве на величину бокового сдвига между интерферирующими пучками, равного расстоянию между центрами контролируемого и эталонного элементов. 15915 1 2012.06.30 Изобретение относится к области лазерной измерительной техники, в частности к интерферометрическому контролю и измерению различных параметров периодических структур. Известен интерференционный способ сравнительного анализа исследуемой и эталонной периодических структур, реализуемый в оптическом анализаторе оптически спряженных элементов 1. Способ интерферометрического контроля элемента с периодической структурой пропускающего типа заключается в том, что формируют зондирующий световой пучок, размещают разнесенные в пространстве контролируемый и эталонный элементы по ходу распространения зондирующего светового пучка, оптически сопрягают плоскость получения интерференционной картины и элементы периодических структур,интерференционную картину получают при выделении пучков, дифрагированных на элементах контролируемой и эталонной структур. Данный способ контроля малочувствителен к вибрациям, но имеет большие потери в светосиле из-за использования световых пучков, испытавших двойную дифракцию на элементах периодических структур. В качестве прототипа выбран способ контроля элементов периодических структур пропускающего типа, реализуемый в устройстве для интерферометрического сравнения композитных структур пропускающего типа 2. Интерференционный способ контроля элементов периодических структур пропускающего типа заключается в том, что формируют зондирующий световой пучок, размещают разнесенные в пространстве контролируемый и эталонный элементы по ходу распространения зондирующего светового пучка,разделяют по амплитуде и совмещают световые пучки, оптически сопрягают плоскость получения интерференционной картины и элементы периодических структур, интерференционную картину получают при выделении пучков, дифрагированных на элементах контролируемой и эталонной структур при совмещении зон, прошедших контролируемый и эталонный элементы. Данный способ контроля имеет более высокую светосилу по сравнению с предыдущим аналогом, но очень чувствителен к вибрациям. Чувствительность к вибрациям связана с использованием двух разнесенных световых каналов интерферометрического коррелятора. Чувствительность к вибрациям данного способа ограничивает его использование в производственных условиях. Сущность изобретения заключается в том, что способ интерферометрического контроля элемента с периодической структурой пропускающего типа, заключающийся в том,что формируют зондирующий световой пучок, размещают разнесенные в пространстве контролируемый и эталонный элементы по ходу распространения зондирующего светового пучка, разделяют по амплитуде и совмещают световые пучки, оптически сопрягают плоскость получения интерференционной картины и указанные элементы, интерференционную картину получают при выделении пучков, дифрагированных на контролируемом и эталонном элементах при совмещении зон, прошедших указанные элементы, контроль элемента осуществляют по полученной интерференционной картине, дополняют новыми признаками контролируемый и эталонный элементы располагают вдоль направления сдвига интерферирующих пучков в одной плоскости, причем в каждый в своей половине зондирующего светового пучка интерференционную картину получают при наложении дифрагированных световых пучков, смещенных в пространстве на величину бокового сдвига между интерферирующими пучками, равного расстоянию между центрами контролируемого и эталонного элементов. Изобретение направлено на решение технической задачи - снижение чувствительности способа к вибрациям элементов оптической схемы. Данный технический результат направлен на расширение возможностей способа при его использовании в различных производственных условиях. На фиг. 1 и 2 приведены схематические изображения контуров зондирующего светового пучка, прошедшего контролируемый и эталонный элементы, поясняющие реализацию способа. На фиг. 3 приведена оптическая схема устройства для реализации изобретения. 2 15915 1 2012.06.30 Способ реализуется следующим образом. Формируют зондирующий световой пучок,например, с помощью лазера и телескопической системы и размещают разнесенные в пространстве контролируемый 1 и эталонный 2 (фиг. 1) элементы по ходу распространения зондирующего светового пучка. Контролируемый 1 и эталонный 2 элементы помечены буквами К и Э соответственно. Систему координатвыберем с центром в середине зондирующего пучка, как показано на фиг. 1. При этом контролируемый 1 и эталонный 2 элементы располагают в одной плоскости, причем каждый в свою половину зондирующего светового пучка (над и под осью ), как это изображено на фиг. 1. Разделяют по амплитуде и совмещают световые пучки, например, посредством интерферометра бокового сдвига. Оптически сопрягают плоскость получения интерференционной картины и элементы К и Э периодических структур. Интерференционную картину получают при наложении дифрагированных световых пучков, смещенных в пространстве на величину бокового сдвигавдоль оси , равного расстоянию между центрами контролируемого и эталонного элементов (фиг. 2). В интерферометре бокового сдвига разделяют по амплитуде зондирующий световой пучок на два взаимно когерентных пучка(при этом зоны пучков прошедших через контролируемый и эталонный элементы, обозначим для первого и второго пучка соответственно 1, Э 1 и 2, Э 2) и объединяют в плоскости интерференционной картины. При выполнении условия - интерференционную картину получают при наложении дифрагированных световых пучков, смещенных в пространстве на величину бокового сдвига, равного расстоянию между центрами контролируемого и эталонного элементов, происходит наложение изображений эталонного элемента 3 (обозначено буквой Э 1) первого пучка на изображение контролируемого элемента 4 (обозначено буквой К 2), как это показано на фиг. 2. Очевидно, что интерференционная картина образуется в области наложения нижней половины первого пучка с верхней половиной второго пучка (фиг. 2). При этом элементы изображения элементов К 2, Э 1 точно совмещены. В других половинах световых пучков интерференция не наблюдается. Интерференционную картину получают при выделении пучков, дифрагированных на элементах контролируемой и эталонной структур, например используя отверстие в диафрагме, установленной в задней фокальной плоскости на выходе интерферометра бокового сдвига. На фиг. 3 приведена оптическая схема устройства интерферометрического контроля элементов периодических структур пропускающего типа. Устройство для реализации заявляемого способа включает осветительную систему с источником света 5 и телескопической системой 6, 7, контролируемый 8 и эталонный 9 элементы периодических структур,установленные на входе интерферометра 10 в одной плоскости, систему пространственной фильтрации, выполненную в виде диафрагмы 11 с отверстием и установленную в задней фокальной плоскости объектива 12, экран 13 для наблюдения интерференционной картины, оптически сопряженный с элементами периодических структур 8, 9. Контролируемый 8 и эталонный 9 элементы разнесены в пространстве, а расстояние между их центрами, определяемое вдоль направления сдвига интерферирующих пучков, равно величине бокового сдвига между интерферирующими пучками. Сдвиг между интерферирующими пучками реализуется в интерферометре 10. Заявляемый способ реализуется в устройстве (фиг. 3) следующим образом. Осветительная система с помощью источника света 5 и телескопической системы 6, 7 формирует зондирующий световой пучок, который направляется в интерферометр бокового сдвига 10. Перед входом интерферометра в зондирующий пучок устанавливают контролируемый 8 и эталонный 9 элементы периодических структур, размещая их в одной плоскости и таким образом, что расстояние между центрами элементов, определяемое вдоль направления сдвига интерферирующих пучков, равно величине бокового сдвига между интерферирующими пучками. Данное условие согласования расстояний и сдвига обеспечивается по визуальному контролю совмещения изображений контролируемого 8 и эта 3 15915 1 2012.06.30 лонного 9 элементов в плоскости экрана. Зондирующий световой пучок после прохождения периодических структур 8 и 9 представляет собой набор дифрагированных пучков,распространяющихся под различными углами, определяемыми их пространственными частотами структур. Для получения интерференционной картины, отображающей с различной чувствительностью различия контролируемого элемента от эталонного, в задней фокальной плоскости объектива 11 отверстием в диафрагме 12 выделяются световые пучки, распространяющиеся в порядки одного знака и номера при дифракции на двух структурах. Чувствительность отображения различий периодичности структур реализуется по интерференционной картине, наблюдаемой на экране 13. Известно, что интерферометры бокового сдвига менее чувствительны к вибрациям, чем двухлучевые интерферометры с референтной волной сравнения 3. Совокупность существенных признаков изобретения позволяет осуществить интерференционное сравнение двух элементов периодических структур с помощью интерферометра бокового сдвига, отказавшись от двухлучевого интерферометра, что обеспечивает получение технического результата - снижение чувствительности способа к вибрациям элементов оптической схемы. Причем получение технического результата не вытекает явным образом из уровня техники, что обеспечивает техническому решению изобретательский уровень. Источники информации 1. Ляликов А.М. Визуализация макроскопических дефектов поверхности объекта с периодической структурой // Оптический журнал. - 1995. -1. - С. 28-31. 2. Ляликов А.М. Повышение чувствительности бесконтактного измерения профилей и выявления макродефектов композитных периодических структур пропускающего типа // Оптика и спектроскопия. - 2002. - Т. 92. -2. - С. 344-349. 3. Малакара Д. и др. Оптический производственный контроль / Под ред. Д. Малакары. - М. Мир, 1985. - 400 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5