RU2760920C1

RU2760920C1 - Standardless highly coherent interferometer

Info

Publication number: RU2760920C1
Application number: RU2021116211A
Authority: RU
Inventors: Михаил Николаевич Торопов; Николай Иванович Чхало; Николай Николаевич Салащенко; Илья Вячеславович Малышев; Борис Александрович Уласевич; Антон Арамович Ахсахалян
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2021-12-01

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to applied physics, in particular, to equipment for measuring aberrations and shapes of the surface of optical elements and systems. The interferometer comprises a power- and wavelength-stabilised He:Ne laser, a first fibre-optic light beam divider dividing a light beam into a first and a second coherent optical channels, a second fibre-optic light beam divider dividing a light beam into a second and a third coherent optical channels. One standard spherical wave source is connected to the output of each channel. The result achieved by the fact that interferometer comprises a standard spherical wave source generating a comparison wave, a source allowing for reflection testing of the part, as well as a source allowing for through-transmission testing of the part.

EFFECT: invention provides a possibility of testing the part without reconfiguring and moving the source of a standard spherical wave, the light whereof is directed to this part both in reflection and through-transmission mode.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технической физике, в частности к инструментам для измерения аберраций и формы поверхности оптических элементов и систем.The invention relates to technical physics, in particular to instruments for measuring aberrations and surface shape of optical elements and systems.

По патенту RU 2714865 «Интерферометр» (опубл. 19.02.2020 г., МПК G01B 9/02) известен безэталонный высококогерентный интерферометр с дифракционной волной сравнения, который позволяет измерять аберрации линз и объективов и форму поверхности зеркал. В качестве источника эталонной сферической волны интерферометр использует одномодовое оптическое волокно с субволновой выходной апертурой.According to the patent RU 2714865 "Interferometer" (publ. 19.02.2020, IPC G01B 9/02), a standard-free highly coherent interferometer with a diffractive reference wave is known, which makes it possible to measure the aberrations of lenses and objectives and the shape of the surface of mirrors. The interferometer uses a single-mode optical fiber with a subwavelength output aperture as a source of a spherical reference wave.

Недостатком этого интерферометра является то, что при изучении деталей на отражение требуется металлизация исследуемой детали, так как интенсивность отраженного фронта напрямую зависит от коэффициента отражения детали. Но даже при наличии металлизации интенсивности рабочего и эталонного фронтов значительно отличаются, что приводит к понижению контраста интерференционной картины и, как следствие, к снижению точности измерений. Другим недостатком этого интерферометра является то, что для перенаправления рабочего фронта, отраженного от исследуемой детали, в регистрирующую систему, где происходит интерференция, необходимо около источника, генерирующего волну сравнения, использовать плоское отражающее зеркало с острым краем, к которому подводится этот источник на расстояние около 10 мкм. При изготовлении острой кромки зеркала допускаются дефекты на нанометровом уровне, так как более грубые дефекты поверхности приводят к неконтролируемым ошибкам измерений. Близость расположения источника к краю зеркала несет риск контакта этого источника и острой кромки зеркала, что часто приводит к порче дорогостоящего источника эталонной сферической волны. Однозначная ориентация источника эталонной сферической волны и кромки зеркала, определяющая направление клина интерферирующих фронтов, не позволяет повернуть интерференционные полосы в перпендикулярном направлении, что не дает возможности измерить составляющую аберрации комы, вызванную внеосевым расположением источников, так называемую инструментальную кому.The disadvantage of this interferometer is that when studying parts for reflection, metallization of the part under study is required, since the intensity of the reflected front directly depends on the reflection coefficient of the part. But even in the presence of metallization, the intensities of the working and reference fronts differ significantly, which leads to a decrease in the contrast of the interference pattern and, as a consequence, to a decrease in the measurement accuracy. Another disadvantage of this interferometer is that in order to redirect the working front reflected from the part under study to the recording system, where interference occurs, it is necessary to use a flat reflective mirror with a sharp edge near the source generating the reference wave, to which this source is brought at a distance of about 10 microns. In the manufacture of a sharp mirror edge, defects are allowed at the nanometer level, since coarser surface defects lead to uncontrollable measurement errors. The proximity of the source to the edge of the mirror carries the risk of contact between this source and the sharp edge of the mirror, which often results in damage to an expensive spherical reference wave source. The unambiguous orientation of the source of the reference spherical wave and the edge of the mirror, which determines the direction of the wedge of interfering fronts, does not allow rotation of the interference fringes in the perpendicular direction, which makes it impossible to measure the coma aberration component caused by the off-axis arrangement of the sources, the so-called instrumental coma.

Еще одним недостатком этого интерферометра является трудоемкая процедура калибровки для обеспечения точности измерений. Для проведения опыта Юнга необходимо снять узел источника эталонной сферической волны и вместо него установить два источника эталонной сферической волны раздельно на двух прецизионных пятикоординатных столах. Это приводит к увеличению габаритных размеров интерферометра и к дополнительной трудоемкой процедуре юстировки прибора.Another disadvantage of this interferometer is the laborious calibration procedure to ensure measurement accuracy. To carry out Young's experiment, it is necessary to remove the node of the source of the reference spherical wave and instead of it install two sources of the reference spherical wave separately on two precision five-coordinate tables. This leads to an increase in the overall dimensions of the interferometer and to an additional laborious procedure for adjusting the device.

По патенту RU 2547346 «Низкокогерентный интерферометр с дифракционной волной сравнения и источник двух сферических эталонных волн для него» (опубл. 10.04.2015 г., МПК G01B9/02) известен безэталонный низкокогерентный интерферометр с дифракционной волной сравнения, содержащий источник низкокогерентного света, который позволяет измерять аберрации линз и объективов и форму поверхности зеркал. В отличие от интерферометра, описанного в патенте RU 2714865, в данном интерферометре исследуемая деталь освещается одним источником, а регистрирующая схема - другим, что позволяет выравнять интенсивности рабочего и эталонного фронтов, тем самым обеспечив максимальный контраст интерференционной картины. Однако, как и в вышеописанном интерферометре, необходимо использовать зеркало с острой кромкой, причем все проблемы, связанные с его наличием, только усугубляются, так как дополнительно требуется подводка второго источника эталонной сферической волны и к острой кромке зеркала, и к первому источнику на расстояние порядка 10 мкм. Другим недостатком этого интерферометра является необходимость использования длинной оптической задержки для выравнивания оптических путей от двух источников. С учетом малой, порядка 10 мкм, длины когерентности источника света решение этой задачи требует использования сложной и дорогостоящей системы, состоящей из оптоволоконной и оптико-механической частей выравнивания оптических путей.According to the patent RU 2547346 "Low-coherence interferometer with a diffractive comparison wave and a source of two spherical reference waves for it" (publ. measure the aberration of lenses and objectives and the surface shape of mirrors. In contrast to the interferometer described in patent RU 2714865, in this interferometer the investigated part is illuminated by one source, and the recording circuit by another, which makes it possible to equalize the intensities of the working and reference fronts, thereby ensuring the maximum contrast of the interference pattern. However, as in the above-described interferometer, it is necessary to use a mirror with a sharp edge, and all the problems associated with its presence are only exacerbated, since it is additionally required to supply the second source of the reference spherical wave both to the sharp edge of the mirror and to the first source at a distance of about 10 microns. Another disadvantage of this interferometer is the need to use a long optical delay to align the optical paths from two sources. Taking into account the small, about 10 μm, coherence length of the light source, the solution of this problem requires the use of a complex and expensive system consisting of fiber-optic and optical-mechanical parts for aligning the optical paths.

Отмеченные выше основные проблемы существующих безэталонных интерферометров с дифракционной волной сравнения на основе одномодового оптического волокна с субволновой выходной апертурой в основном решены в интерферометре, описанном в работе «Получение гладких высокоточных поверхностей методом механического притира» (М.Н. Торопов, А.А. Ахсахалян, М.В. Зорина, Н.Н. Салащенко, Н.И. Чхало, Ю.М. Токунов, Журнал технической физики, 2020, том 90, вып.11, с. 1958-1964). Описанный интерферометр-протип содержит два когерентных оптических канала, к выходу первого канала подключен источник, генерирующий волну сравнения, а ко второму - источник, работающий в режиме «на отражение». В обоих каналах установлены контроллеры для управления поляризацией излучения на выходе из каналов, а первом канале также введен аттенюатор интенсивности излучения. В интерферометре используется высокогерентный свет, что исключает использование громоздких и сложных систем для выравнивания оптических путей в рабочем и эталонном каналах. Интерферометр не требует плоского зеркала, перенаправляющего рабочий фронт в исследуемую деталь.The above-mentioned main problems of existing reference-free interferometers with a diffraction comparison wave based on a single-mode optical fiber with a subwavelength output aperture are mainly solved in the interferometer described in the work "Obtaining smooth high-precision surfaces by the method of mechanical grinding" (MN Toropov, AA Akhsakhalyan , M.V. Zorina, N.N. Salashchenko, N.I. Chkhalo, Yu.M. Tokunov, Journal of Technical Physics, 2020, volume 90, issue 11, pp. 1958-1964). The described prototype interferometer contains two coherent optical channels, a source generating a comparison wave is connected to the output of the first channel, and a source operating in the "reflection" mode is connected to the second channel. In both channels, controllers are installed to control the polarization of radiation at the exit from the channels, and the first channel is also equipped with a radiation intensity attenuator. The interferometer uses highly coherent light, which eliminates the use of bulky and complex systems for aligning optical paths in the working and reference channels. The interferometer does not require a flat mirror that redirects the working front to the part under study.

Недостатком этого интерферометра является то, что при описанной в статье схеме реализации возможно исследование деталей лишь «на отражение». Для перехода к другому режиму работы - «на просвет», требуется трудоемкая процедура перенастройки прибора. Перенастройка включает: 1) перенос одного источника эталонной сферической волны в задний фокус исследуемой детали, что резко повышает риск порчи дорогостоящего источника эталонной сферической волны; 2) трудоемкую высокоточную юстировку интерферометра и настройку поляризации света в этом канале.The disadvantage of this interferometer is that with the implementation scheme described in the article, it is possible to study details only "for reflection". To switch to another mode of operation - "on the light", a laborious procedure of reconfiguring the device is required. The readjustment includes: 1) transfer of one source of the reference spherical wave to the back focus of the investigated part, which sharply increases the risk of damage to an expensive source of the reference spherical wave; 2) laborious high-precision alignment of the interferometer and adjustment of the polarization of light in this channel.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка интерферометра для изучения аберраций оптических элементов и систем, позволяющего измерять детали с коэффициентом отражения от 3% до 100% без металлизации исследуемой поверхности, способного работать в режиме и «на отражение» и «на просвет», при этом не требующего трудоемкой перенастройки при изменении режима работы и применения дополнительных оптических элементов.The problem to be solved by this invention is the development of an interferometer for studying the aberrations of optical elements and systems, which makes it possible to measure parts with a reflection coefficient from 3% to 100% without metallization of the investigated surface, capable of operating in both "reflection" and "transmission ”, While not requiring laborious readjustment when changing the operating mode and the use of additional optical elements.

Технический результат в разработанном интерферометре достигается за счет того, что он, как и прототип, содержит стабилизированный по мощности и длине волны Не:Ne-лазер, с установленными на его выходе магнитооптическим изолятором и 5-координатным устройством заводки лазерного излучения в оптоволокно, с помощью которого он соединен с первым оптоволоконным делителем пучка света, разделяющим пучок света на первый и второй когерентные оптические каналы. При этом первый когерентный оптический канал содержит последовательно соединенные первый контроллер поляризации, фазосдвигающий элемент, первый аттенюатор интенсивности света, к выходу этого канала подключен первый источник эталонной сферической волны. А второй когерентный оптический канал содержит второй контроллер поляризации, к выходу этого канала подключен второй источник эталонной сферической волны. Интерферометр также содержит регистрирующую систему с цифровой видеокамерой, оптически сопряженную с первым источником эталонной сферической волны. Новым в разработанном интерферометре является то, что второй когерентный оптический канал содержит второй оптоволоконный делитель пучка света, расположенный между первым оптоволоконным делителем и вторым контроллером поляризации и разделяющий пучок света на второй и третий когерентные оптические каналы. При этом во втором когерентном оптическом канале после второго контроллера поляризации введен второй аттенюатор интенсивности света, а третий когерентный оптический канал содержит последовательно соединенные третий контроллер поляризации, третий аттенюатор интенсивности света, к выходу этого канала подключен третий источник эталонной сферической волны. При этом регистрирующая система дополнительно содержит подвижное плоское зеркало, направляющее часть пучка света в дополнительную цифровую видеокамеру.The technical result in the developed interferometer is achieved due to the fact that it, like the prototype, contains a He: Ne laser stabilized in power and wavelength, with a magneto-optical isolator installed at its output and a 5-coordinate device for driving laser radiation into an optical fiber, using of which it is connected to the first fiber optic light beam splitter, dividing the light beam into first and second coherent optical channels. In this case, the first coherent optical channel contains the first polarization controller, the phase-shifting element, the first light intensity attenuator connected in series, the first source of the reference spherical wave is connected to the output of this channel. And the second coherent optical channel contains the second polarization controller, the second source of the reference spherical wave is connected to the output of this channel. The interferometer also contains a recording system with a digital video camera, optically coupled with the first source of the reference spherical wave. New in the developed interferometer is that the second coherent optical channel contains a second fiber-optic light beam splitter located between the first fiber-optic splitter and the second polarization controller and dividing the light beam into the second and third coherent optical channels. In this case, in the second coherent optical channel, after the second polarization controller, a second light intensity attenuator is introduced, and the third coherent optical channel contains a third polarization controller, a third light intensity attenuator connected in series, and a third reference spherical wave source is connected to the output of this channel. In this case, the recording system additionally contains a movable flat mirror directing part of the light beam to an additional digital video camera.

На фигуре изображена оптическая схема разработанного интерферометра.The figure shows the optical scheme of the developed interferometer.

Разработанный интерферометр содержит лазер 1 с магнитооптическим изолятором и оптической системой для фокусировки лазерного излучения, первый оптоволоконный делитель 2.1, разделяющий пучок света на первый когерентный оптический канал I и второй когерентный оптический канал II. Первый когерентный оптический канал I содержит последовательно соединенные первый контроллер поляризации 3.1, фазосдвигающий элемент 4, первый аттенюатор 5.1 интенсивности света, к выходу этого канала I подключен первый источник 6 эталонной сферической волны. Второй когерентный оптический канал II содержит второй оптоволоконный делитель 2.2 пучка света, разделяющий пучок света на второй и третий когерентные оптические каналы II и III. После второго оптоволоконного делителя 2.2 второй когерентный оптический канал II содержит второй контроллер поляризации 3.2, второй аттенюатор 5.2 интенсивности света, а к выходу этого канала II подключен второй источник 7 эталонной сферической волны. Третий когерентный оптический канал III содержит последовательно соединенные третий контроллер поляризации 3.3, третий аттенюатор 5.3 интенсивности света, к выходу этого канала подключен третий источник 8 эталонной сферической волны. При этом разработанный интерферометр также содержит регистрирующую систему, включающую сменный объектив 9, первую плосковыпуклую линзу 10, подвижное плоское зеркало 11, вторую плосковыпуклую линзу 12, цифровую видеокамеру 13 и дополнительную цифровую видеокамеру 14.The developed interferometer contains a laser 1 with a magneto-optical isolator and an optical system for focusing laser radiation, the first fiber-optic splitter 2.1, which separates the light beam into the first coherent optical channel I and the second coherent optical channel II. The first coherent optical channel I contains a series-connected first polarization controller 3.1, a phase-shifting element 4, a first attenuator 5.1 of light intensity; the first source 6 of a reference spherical wave is connected to the output of this channel I. The second coherent optical channel II contains a second optical fiber splitter 2.2 beam of light, dividing the light beam into the second and third coherent optical channels II and III. After the second fiber optic splitter 2.2, the second coherent optical channel II contains the second polarization controller 3.2, the second attenuator 5.2 of the light intensity, and the second source 7 of the reference spherical wave is connected to the output of this channel II. The third coherent optical channel III contains the third polarization controller 3.3, the third attenuator 5.3 of the light intensity, connected in series, the third source 8 of the reference spherical wave is connected to the output of this channel. In this case, the developed interferometer also contains a recording system that includes an interchangeable lens 9, a first plano-convex lens 10, a movable planar mirror 11, a second plano-convex lens 12, a digital video camera 13 and an additional digital video camera 14.

В частном случае реализации разработанного устройства в качестве лазера 1 использовался лазер HRS015B, Thorlabs с магнитооптическим изолятором IO-3D-633-VLP, Thorlabs. В качестве первого и второго оптоволоконных делителей 2.1 и 2.2 использовали делители TN632R5A1, Thorlabs. Каждый когерентный оптический канал содержал контроллер поляризации FPC030, Thorlabs и аттенюатор интенсивности света VOA630-FC, Thorlabs. В регистрирующей системе использовался сменный объектив 9 Mitutoyo 10X 0.28 NA (MY10X-803), Thorlabs, в качестве цифровой видеокамеры 13 использовалась цифровая камера BMR-2801LM-UF-WOG-DAC, ООО «НПК «ЕС-Эксперте», а в качестве дополнительной цифровой видеокамеры 14 - цифровая видеокамера BMR-2801LM-UF, ООО «НПК «ЕС-Эксперте».In the particular case of the implementation of the developed device, the HRS015B laser, Thorlabs with the IO-3D-633-VLP magneto-optical isolator, Thorlabs was used as laser 1. Thorlabs TN632R5A1 dividers were used as the first and second fiber optic dividers 2.1 and 2.2. Each coherent optical channel contained an FPC030 polarization controller from Thorlabs and a VOA630-FC light intensity attenuator from Thorlabs. The recording system used an interchangeable lens 9 Mitutoyo 10X 0.28 NA (MY10X-803), Thorlabs, a digital camera 13 BMR-2801LM-UF-WOG-DAC, OOO NPK ES-Expert, and as an additional digital video camera 14 - digital video camera BMR-2801LM-UF, NPK ES-Expert LLC.

Работает заявленное устройство следующим образом. В качестве источника излучения используется Не:№-лазер 1 со стабильной оптической мощностью и длиной волны. На выходе лазера 1 установлен магнитооптический изолятор, который защищает резонатор лазера 1 от света, отраженного от последующих оптических элементов. После оптического изолятора свет попадает в асферическую линзу, установленную на 5-координатном столе. Далее свет попадает в первый оптоволоконный делитель 2.1, в котором он разделяется на два когерентных канала I и II. Свет в первом когерентном оптическом канале I проходит через первый оптоволоконный контроллер поляризации 3.1, который устанавливает желаемую поляризацию света на выходе этого канала I. Далее свет проходит через фазосдвигающий элемент 4, представляющий собой пьезокерамический цилиндр, на который намотано оптическое волокно. При этом на внешнюю и внутреннюю поверхности цилиндра подается напряжение, в результате чего цилиндр расширяется и растягивает волокно. Таким образом, этот фазосдвигающий элемент 4 сдвигает фазу между сферическими волнами в когерентных оптических каналах «I и II» или «I и III». После первого аттенюатора 5.1 интенсивности, позволяющего контролировать интенсивность света в первом когерентном оптическом канале I, с помощью одномодового оптического волокна свет первого канала I попадает в первый источник 6 эталонной сферической волны. Первый источник 6 установлен на 5-координатном столе и предназначен для освещения эталонным фронтом регистрирующей системы.The claimed device works as follows. He used as a radiation source: N-laser 1 with stable optical power and wavelength. A magneto-optical isolator is installed at the output of the laser 1, which protects the laser resonator 1 from light reflected from subsequent optical elements. After the optical isolator, the light enters an aspherical lens mounted on a 5-axis table. Then the light enters the first fiber-optic splitter 2.1, in which it is divided into two coherent channels I and II. Light in the first coherent optical channel I passes through the first fiber-optic polarization controller 3.1, which sets the desired light polarization at the output of this channel I. Then, the light passes through the phase-shifting element 4, which is a piezoceramic cylinder on which the optical fiber is wound. This applies stress to the outer and inner surfaces of the cylinder, causing the cylinder to expand and stretch the fiber. Thus, this phase-shifting element 4 shifts the phase between spherical waves in coherent optical channels "I and II" or "I and III". After the first attenuator 5.1 intensity, which allows you to control the light intensity in the first coherent optical channel I, using a single-mode optical fiber, the light of the first channel I enters the first source 6 of the reference spherical wave. The first source 6 is installed on a 5-coordinate table and is intended for illumination with the reference front of the recording system.

Свет из второго когерентного оптического канала II поступает на второй, аналогичный первому, оптоволоконный делитель 2.2 пучка света, где снова разделяется и направляется в два когерентных оптических канала II и III. Свет во втором канале II проходит через второй оптоволоконный контроллер поляризации 3.2, который устанавливает желаемую поляризацию света на выходе второго когерентного оптического канала II. Далее свет проходит через второй аттенюатор 5.2, позволяющий контролировать интенсивность света во втором когерентном оптическом канале II, и с помощью одномодового оптического волокна свет второго канала II попадает во второй источник 7 эталонной сферической волны. Второй источник 7 установлен на 5-координатном столе и предназначен для освещения эталонным фронтом исследуемой детали 15 при работе в режиме «на отражение». Третий когерентный оптический канал III аналогичен второму каналу II. Свет в третьем канале III приходит на третий источник 8 эталонной сферической волны, предназначенный для освещения исследуемой детали 15 при работе в режиме «на просвет».Light from the second coherent optical channel II enters the second, similar to the first, optical fiber splitter 2.2 of the light beam, where it is again split and directed into two coherent optical channels II and III. The light in the second channel II passes through the second fiber optic polarization controller 3.2, which sets the desired polarization of the light at the output of the second coherent optical channel II. Next, the light passes through the second attenuator 5.2, which makes it possible to control the light intensity in the second coherent optical channel II, and with the help of a single-mode optical fiber, the light of the second channel II enters the second source 7 of the reference spherical wave. The second source 7 is installed on a 5-coordinate table and is intended for illumination with the reference front of the investigated part 15 when operating in the "reflection" mode. The third coherent optical channel III is similar to the second channel II. Light in the third channel III comes to the third source 8 of the reference spherical wave, designed to illuminate the investigated part 15 when operating in the "transmission" mode.

Система регистрации интерферограмм образована сменным входным объективом 9, задающим рабочую апертуру интерферометра, и двумя плосковыпуклыми линзами 10 и 12, согласующими входную апертуру сменного объектива 9 и максимальный размер изображения на ПЗС камере 13. То есть плосковыпуклые линзы 10 и 12 формируют изображение рабочего и эталонного фронтов на ПЗС камере 13. Цифровая видеокамера 13 оптически сопряжена с первым источником 6 эталонной сферической волны, генерирующим волну сравнения, и предназначена для регистрации интерферограмм. Подвижное плоское зеркало 11, направляющее часть пучка света в дополнительную цифровую видеокамеру 14, вводится в систему регистрации для настройки изображения исследуемой детали 15 на дополнительной видеокамере 14. Это позволяет существенно упростить и ускорить предварительную настройку изображения исследуемой детали 15 по всем координатам, используя наблюдаемые на дополнительной видеокамере 14 изображения первого источника 6 эталонной сферической волны и пятно, отраженное (прошедшее) от исследуемой детали 15.The interferogram recording system is formed by a replaceable input lens 9, which sets the working aperture of the interferometer, and two plano-convex lenses 10 and 12, which match the input aperture of the replaceable lens 9 and the maximum image size on the CCD camera 13. That is, the plano-convex lenses 10 and 12 form an image of the working and reference fronts on the CCD camera 13. The digital video camera 13 is optically coupled with the first source 6 of the reference spherical wave, generating a comparison wave, and is designed to register interferograms. A movable flat mirror 11, which guides a part of the light beam into an additional digital video camera 14, is introduced into the registration system to adjust the image of the investigated part 15 on an additional video camera 14 images of the first source 6 of the reference spherical wave and the spot reflected (transmitted) from the investigated part 15.

В процессе измерений исследуемой детали 15 «на просвет» эталонный фронт от третьего источника 8 проходит через исследуемую деталь 15 и фокусируется в окрестности первого источника 6. Далее расходящиеся сферические фронты рабочий (прошедший через исследуемую деталь 15) и эталонный (от первого источника 6) интерферируют в регистрирующей системе. Деталями, которые изучаются в режиме на просвет, являются, например, различные однолинзовые или многолинзовые объективы. В конкретном примере исследовался 5-линзовый объектив с входными параметрами -числовая апертура 0,145, фокусное расстояние 191 мм, и выходными параметрами -числовая апертура 0,33, фокусное расстояние 66 мм. В результате измерений были получены следующие данные: волновые аберрации по параметру PV (максимальный размах) =42,3 нм и RMS (среднеквадратическое отклонение) =8,2 нм.In the process of measuring the investigated part 15 "in the light", the reference front from the third source 8 passes through the investigated part 15 and is focused in the vicinity of the first source 6. Further, the diverging spherical fronts of the working (passed through the investigated part 15) and the reference (from the first source 6) interfere in the registering system. Parts that are studied in transmission mode are, for example, various single-lens or multi-lens objectives. In a specific example, a 5-lens objective was investigated with input parameters - numerical aperture 0.145, focal length 191 mm, and output parameters - numerical aperture 0.33, focal length 66 mm. As a result of measurements, the following data were obtained: wave aberrations in the parameter PV (maximum swing) = 42.3 nm and RMS (standard deviation) = 8.2 nm.

В случае исследования детали 15 «на отражение» фронт от второго источника? падает на исследуемую деталь 15, отражается от нее и фокусируется в окрестности первого источника 6. Далее расходящиеся сферические фронты рабочий (отраженный от исследуемой детали 15) и эталонный (от первого источника 6) интерферируют в регистрирующей системе. Примерами деталей, изучаемых в режиме работы «на отражение», могут служить различные оптические поверхности со сферической и асферической формами, а также элипсоиды, параболоиды и т.д. В примере конкретной реализации исследовалось сферическое зеркало из плавленого кварца (диаметр 100 мм, радиус кривизны R_кp=137,5 мм, числовая апертура NA≈0,36) после процедуры механической полировки (притира). Измеренные параметры формы поверхности зеркала составили PV=16,6 нм и RMS=3,3 нм.In the case of investigating detail 15 "for reflection", the front from the second source? falls on the investigated part 15, is reflected from it and focuses in the vicinity of the first source 6. Further, the diverging spherical fronts, the working (reflected from the investigated part 15) and reference (from the first source 6) interfere in the recording system. Examples of details studied in the reflection mode are various optical surfaces with spherical and aspherical shapes, as well as ellipsoids, paraboloids, etc. In an example of a specific implementation, a spherical mirror made of fused quartz (diameter 100 mm, radius of curvature _Rcp = 137.5 mm, numerical aperture NA≈0.36) was investigated after the procedure of mechanical polishing (lapping). The measured parameters of the mirror surface shape were PV = 16.6 nm and RMS = 3.3 nm.

Таким образом, разработанный интерферометр содержит третий оптический канал III, когерентный двум другим, и третий источник 8 эталонной сферической волны. Наличие этого третьего источника 8, расположенного относительно первого источника 6 с противоположной стороны от исследуемой детали 15, позволяет исследовать эту деталь 15 «на просвет». При этом в разработанном интерферометре сохраняется второй источник 7, позволяющий исследовать деталь 15 «на отражение». Таким образом, разработанный интерферометр дает возможность исследовать деталь 15 без перенастройки и перемещения источника эталонной сферической волны, свет которого направляется на исследуемую деталь 15. В конструкцию разработанного интерферометра дополнительно введены следующие элементы: подвижное плоское зеркало 11 и дополнительная цифровая видеокамера 14. Эти элементы, также как и в описанном в RU 2714865 интерферометре, позволяют существенно упростить и ускорить предварительную настройку изображения исследуемой детали 15 по всем координатам, используя наблюдаемые на дополнительной видеокамере 14 изображения первого источника 6 эталонной сферической волны и пятно отраженное (прошедшее) от исследуемой детали 15. Кроме того, в разработанном интерферометре есть возможность выравнивать интенсивности интерферирующих пучков света при изучении деталей с коэффициентами отражения в широком диапазоне (3-100)%. Коэффициент отражения около 3% соответствует детали без отражающего покрытия с низким показателем преломления. Кроме того, при заявляемой конструкции интерферометра имеется возможность произвольной ориентации полос интерференционной картины, а также отпадает необходимость в использовании крупногабаритного и сложного высокоточного устройства выравнивания оптических путей в каналах.Thus, the developed interferometer contains a third optical channel III, which is coherent with the other two, and a third source 8 of a reference spherical wave. The presence of this third source 8, located relative to the first source 6 on the opposite side of the investigated part 15, allows you to examine this part 15 "in the light". In this case, the developed interferometer retains the second source 7, which makes it possible to study detail 15 “for reflection”. Thus, the developed interferometer makes it possible to study part 15 without reconfiguring and moving the source of the reference spherical wave, the light of which is directed to the part 15 under study. as in the interferometer described in RU 2714865, it is possible to significantly simplify and accelerate the preliminary adjustment of the image of the investigated part 15 in all coordinates, using the images of the first source 6 of the reference spherical wave observed on the additional video camera 14 and the spot reflected (transmitted) from the investigated part 15. In addition , in the developed interferometer it is possible to equalize the intensities of interfering light beams when studying details with reflection coefficients in a wide range (3-100)%. A reflectance of about 3% corresponds to a non-reflective piece with a low refractive index. In addition, with the inventive design of the interferometer, there is a possibility of arbitrary orientation of the fringes of the interference pattern, and there is also no need to use a large-sized and complex high-precision device for aligning optical paths in the channels.

Claims

An interferometer containing a He: Ne laser stabilized in power and wavelength, with a magneto-optical isolator installed at its output and a 5-axis device for feeding laser radiation into an optical fiber, with which it is connected to the first fiber-optic light beam splitter, dividing the light beam into the first and the second coherent optical channels, while the first coherent optical channel contains the first polarization controller, the phase-shifting element, the first light intensity attenuator connected in series, the first source of the reference spherical wave is connected to the output of this channel, and the second coherent optical channel contains the second polarization controller, to the output the second source of the reference spherical wave is connected to this channel, the interferometer also contains a recording system with a digital video camera, optically coupled with the first source of the reference spherical wave, characterized in that the second coherent optical channel contains a second optical a fiber-optic light beam splitter located between the first fiber-optic splitter and the second polarization controller and dividing the light beam into the second and third coherent optical channels, while in the second coherent optical channel after the second polarization controller a second light intensity attenuator is introduced, and the third coherent optical channel contains in series the third polarization controller, the third light intensity attenuator are connected, the third source of the reference spherical wave is connected to the output of this channel, and the recording system additionally contains a movable flat mirror directing part of the light beam to an additional digital video camera.