Введение к работе
Актуальность темы. Совреыенные оптические приборы и системе' находят применение во шогих областях науки и техники. Высококачественное изготовление оптических систем требует наличия надежных и эффективных средств контроля и, в первую очередь, контроля качества поверхностей отдельных элементов. Совершенство применяемых и'разработка новых методов контроля качества оптических поверхностей-важная задача оптического приборостроения.
Широков применение в оптических приборах и системах элементов с асферическими поверхностями вызывает повышенный интерес к голографическим методам контроля, основанным на использовании синтезированных голоградашых оптических элементов (ГОЭ). Такио голограммы рассчитываются по заданному уравнению контролируемой поверхности с учетом параметров выбранной схемы. Всестороннее исследование аберрационных свойств ГОЭ показало, что по качеству коррекции аберраций они превосходят традиционные оптические элементы и могут быть успешно использованы как компенсаторы и эталонные (образцовые) оптические элементы в интерферометрах для контроля асферических поверхностей. При этом существуют как внеосевые, так и осевые системы интерферометров с применением соответственно внеосевых и осевых синтезированных голограмм.Применение осевых синтезированных ГОЭ, отличающихся высоким оптическим качеством и сравнительной простотой изготовления, позволило кардинально решить проблему высокоточного контроля вогнутых асферических поверхностей. Однако проблема контроля выпуклых асферических поверхностей (особенно крупногабаритных) остается практически нерешенной, поскольку требует применения прецизионной крупногабаритной формирующей оптики, изготовление которой является сложной задачей. Кроме того, осевые ГОЭ имеют существенный недостаток, связанный с осевын наложением нерабочих (паразитных) дифракционных порядков. Это затрудняет процесс юстировки схемы контроля и ограничивает возможность достижения высоких значений сигнал/шум в плоскости изображения. Внеосевые ГОЭ свободны от указанного недостатка, однако они имеют более сложную структуру, и их изготовление представляет собой технологически трудную задачу.
Синтез внеосевых голограмм и высокоточный контроль сложных оптических ( в том числе крупногабаритных выпуклых) поверхностей при
невысоких требованиях к качеству формирующей оптики возможны на основе использования принципа обращения волновых фронтов (ОВФ). При этом используется основное свойство обращенной волны - формирование неискаженного действительного изображения объекта даже при наличии на пути объектной волны постоянных в пространстве и времени фазовых искажений.
Целью .настоящей диссертационной работы является разработка и исследование методов синтеза внеосевых голограмм и методов голографическбго контроля оптических поверхностей сложной формы «а основе использования принципа обращения волновых фронтов.
Научная новизна работы
-
Впервые исследована возможность синтеза внеосевых ГОЭ на основе использования осевых ГОЭ-оригиналов и принципа ОВФ. Разработаны и исследованы оптические схемы получения внеосевых голограмм. '' і
-
Впервые показана возможность использования принципа ОВФ и метода многолучевой интерференции для создания рельефно-фазовых ГРЭ с несимметричной формой профиля штрихов.
3. Разработаны и исследованы;схемы интерферометров для
^контроля сложных оптическкх (в'\Т.ом числе крупногабаритных вы- -
пуклых) поверхностей с использованием .внеосевых ОВФ-голограмм _для формирования как объектной,так и опорной волн. -v
4. Впервые.наследован комплекс проблем, касающихся качес
тва .используемых в интерферометрах рельефно-фазовых голограмм,
с точки зрения рельефной структуры.
Практическая ценность.
- I. Разработанные методы синтеза внеосевых ГОЭ на основе использования принципа ОШ позволяют расширить элементную базу оптического приборостроения, создать новые годограммные оптические элементы, которые могут быть использованы в схемах контроля -оптических поверхностей.
2. Резработанные методы контроля качества асферических (в том числе крупногабаритных выпуклых) поверхностей на основе применения внеосевых ОВФ-голограмм позволяют исключить прецизионные и эталонные оптические элементы,существенно упростить конструкцию
интерферометров при высокой до 0,4 Я (Я - длина волны излучения) точности контроля.
3. Исследование ряда факторов, влияющих на качество получаемых ОВФ-голограмм, позволяет оптимизировать конкретные оптические схемы интерферометров и повысить точность контроля.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Обращение волны, сформированной осевым синтезированным ГОЭ, и-изменение направления и вида опорной волны дает возможность получать внеосевые синтезированные ГОЭ.
-
Изготовление ГОЭ с несимметричной формой профиля штрихов возможно путем формирования интерференционной структуры ГОЭ с заданным распределением интенсивности по периоду полос посредством суперпозиции обращенных волновых фронтов-трех и более порядков дифракции ГОЭ и изменения амплитудных и фазовых соотношений обращенных волн.
-
Использование осевых синтезированных ГОЭ и принципа обращения дифрагированной волны позволяет осуществлять контроль крупногабаритных выпуклых асферических поверхностей с точностью до 0,1Д при невысоких требованиях к качеству формирующей оптики.
-
Использование в интерферометре для контроля качества оптических поверхностей внеосевой отражательной рельефно-фазовой голограммы при нормальном падении на нее освещающей волны дает возможность формировать одновременно объектную волну и волну сравнения, исключить элемент с эталонной поверхностью, снизить требования к качеству освещающей волны.
Апробация работы. Основные результаты работыдокладывались и обсуждались на Всесоюзном семинаре "Применение оптической голографии для неразрушающего контроля и измерений" (Ленинград,1984), на пятой Всесоюзной конференциипо голографии (Рига,1985),на второй Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов "Теоретическая и прикладная оптика" (Ленинград,1986),на Всесоюзной школе' по голографии (Черновцы,1989),на Всесоюзном семинаре "Методы контроля формы оптических поверхностей" СМосква,1989),на Всесоюз--іом семинаре "Дифракционная оптика. Новые разработки в технологии і применение." (Казань,1991).
Дубликации. Основное содержание диссертации отражено в 9 научных публикациях и защищено 2 авторскими свидетельствами.
\
Структура и объем работы.
