Что такое лазерный интерферометр?

Что такое лазерный интерферометр?

Лазерный интерферометр — это устройство, которое использует интерференцию света для измерения расстояний и форм с чрезвычайно высокой точностью.

Выход лазерного света из встроенного источника света устройства делится на две части специальным зеркалом, известным как светоделитель. Один луч направляется на поверхность образца, а другой луч отражается светоделителем.

На этом этапе существует разница в оптической длине пути между двумя лазерными лучами. Когда эти лучи перекрываются, интерференционная картина изменяется в соответствии с фазой волн. Эта картина, будучи чувствительной к оптической длине пути, также зависит от шероховатости поверхности образца.

Поэтому, анализируя интерференционную картину, можно определить форму поверхности образца. Благодаря высокой точности измерений и бесконтактности лазерные интерферометры используются в различных областях, включая промышленность и научные исследования.

Применение лазерного интерферометра

Лазерные интерферометры используются для анализа топографии поверхности твердых образцов. Они используются в контекстах, требующих точности, таких как анализ поверхностей объективов камер и контактных линз, а также измерение топографии DVD и стекла.

Эти устройства могут измерять различные типы поверхностей, включая плоские, сферические и полусферические, что делает их универсальными во многих областях. Однако они менее эффективны для измерения жидких образцов или неполированных образцов из-за восприимчивости к внешним вибрациям, колебаниям поверхности и шероховатости.

Принцип работы лазерного интерферометра

Работа лазерного интерферометра основана на принципе интерференции света. В этих устройствах свет от одного лазерного источника разделяется на два оптических пути: «опорный оптический путь» и «измерительный оптический путь».

Когда разделенный свет рекомбинирует, происходит интерференция света. Обнаружение изменений яркости из-за этой интерференции позволяет измерять мельчайшие изменения длины и формы оптического пути.

В частности, изменение яркости соответствует разности фаз световых волн. Идеальное выравнивание фаз (нулевая разность фаз) приводит к максимальной яркости, в то время как разность фаз в половину длины волны (180 градусов) приводит к устранению интерференции и минимальной яркости.

Изменения длины оптического пути измерения создают разность фаз с опорным путем. Обнаружение этой разности позволяет точно измерить форму и движение исследуемого объекта.

Особенности лазерного интерферометра

1. Анализ разности фаз между двумя отдельными световыми путями

Лазерный интерферометр анализирует поверхность образца, исследуя интерференционную картину, созданную перекрытием двух разделенных световых лучей внутри устройства. Разность фаз между этими волнами, которая возникает, когда пики и впадины волн выравниваются или не выравниваются, существенно влияет на силу результирующей волны.

Когда разность фаз является точным кратным длины волны света, перекрывающиеся волны усиливаются. И наоборот, если разность фаз равна кратному половине длины волны света, волны гасят друг друга.

2. Возможность обнаружения мельчайших изменений толщины менее 1 мкм

Учитывая, что длина волны света в лазерном интерферометре составляет около 630 нанометров, изменения оптического пути всего на несколько сотен нанометров могут изменить интерференционную картину. Такая чувствительность позволяет обнаруживать изменения толщины поверхности менее одного микрометра.

3. Необходимые меры противодействия вибрации

Одной из ключевых характеристик лазерного интерферометра является его способность измерять поверхности неразрушающим образом, поскольку образец вряд ли будет затронут лазерным лучом. Однако эти устройства чувствительны к незначительным вибрациям, что требует использования антивибрационного стола для защиты от вибраций и ударов.