Что такое интерферометр?

Что такое интерферометр?

Интерферометр — это устройство, которое измеряет форму поверхности, показатель преломления, размер и т. д. объекта путем измерения явления интерференции, которое происходит при освещении объекта светом.

Явление интерференции — это суперпозиция нескольких волн, которые усиливают или нейтрализуют друг друга, образуя новую форму волны. Это наиболее заметно, когда волны исходят из одного и того же источника волны или имеют одинаковые или близкие частоты.

Существует несколько типов интерферометров, включая интерферометры Майкельсона, интерферометры Маха-Цендера и интерферометры Физо.

Применение интерферометров

Основное применение интерферометров — бесконтактное наблюдение за поверхностями объектов, включая плоские пластины, такие как стекло, металл и керамика. Например, стеклянные приложения включают покровные стекла для смартфонов и других устройств, стекло для ЖК-дисплеев, призмы, используемые в цветной оптике, и полупроводниковые маски-подложки, а металлические приложения включают формы и алюминиевые диски.

Другие специальные элементы, такие как кремниевые пластины, используемые в полупроводниковых приборах для электронного оборудования и подложки жестких дисков, также могут быть измерены. Радиоинтерферометрия также является механизмом, используемым в астрономических наблюдениях с помощью радиотелескопов.

Принцип интерферометров

Основные интерферометры разделяют свет, излучаемый источником света, на два луча, и один луч передается через образец и интерферирует с другим лучом. Оптическое расстояние изменяется в зависимости от показателя преломления и расстояния передаваемого образца, что приводит к появлению рисунка интерференционных полос.

Анализируя эту картину интерференционных полос, интерферометр может измерить профиль поверхности образца и форму прошедшего волнового фронта. Размер образца, который можно измерить с помощью интерферометра, составляет от нескольких до нескольких десятков сантиметров максимум. Если измеряемый образец большой, его необходимо разрезать на части и т. д.

Типы интерферометров

Доступны интерферометры, которые могут измерять полированные поверхности, такие как стеклянные плоскости, пластины и зеркала, а также сферические поверхности, такие как оптические линзы, стальные шарики и пластиковые линзы. Существуют также многоосевые интерферометры, которые измеряют по двум или трем осям, и эти многоосевые интерферометры обеспечивают более чувствительные измерения в меньшем пространстве.

Лазерные сканирующие интерферометры также могут измерять неплоские поверхности, такие как цилиндрические поверхности. Они используются для измерения стекла, торцов волокон, керамики, шлифованных металлических поверхностей и пластика в литьевых изделиях. Доступны различные типы интерферометров, поэтому выбор следует делать в соответствии с применением.

Другая информация об интерферометрах

1. Явления интерференции

При наложении нескольких волн амплитуда новой волны в точке совпадает с суммой амплитуд всех волн, воздействующих на эту точку. В этом случае волны усиливают друг друга, когда их фазы совпадают, и ослабляют друг друга, когда их фазы меняются местами, что называется интерференцией. Интерферометр — это устройство для наблюдения за состоянием объекта путем наблюдения интерференционных полос, образующихся в этом случае.

2. Интерферометр Физо

Интерферометр Физо — это интерферометр, который использует лазер в качестве источника света. Механизм измерения следующий.

1. Излученный лазерный луч передается через рассеивающую линзу, светоделитель и коллиматорную линзу в указанном порядке и становится коллимированным лучом.
2. Свет достигает плоской стеклянной пластины, которая является опорной пластиной, и часть света отражается опорной плоскостью на нижней стороне опорной пластины. Оставшийся свет, с другой стороны, передается через опорную пластину, прежде чем достичь образца для измерения и отражения.
3. Свет, отраженный от опорной плоскости, и свет, отраженный от образца, возвращаются на свои исходные оптические пути, и интерференционные полосы генерируются из-за разницы в длине оптического пути. Интерференционные полосы наблюдаются с помощью детектора.

Интерферометры Физо характеризуются простой конфигурацией и высокой точностью для плоских и сферических измерений.

3. Анализ

Численный анализ выполняется с использованием полученных интерференционных полос. Одним из типичных методов является преобразование Фурье.

Выполняя преобразование Фурье, из интерференционных полос извлекается частотный спектр. Путем обратного преобразования Фурье извлеченного спектра получается фазовая информация об измеряемом материале.