30 Измерение по пространственному спектру объекта . Спектральные методы . Дифакционные методы и средства измерения . Интерференционные методы .

Оптические спектральные методы и средства измерений нашли широкое распространение в науке и технике .

Спектральные методы .

Физические явления , используемые в диспергирующих устройствах для разложения излучения в спектр способами спектральной селективной фильтрации

Действия диспергирующих устройств селективного фильтра основано на явлениях физической оптики : дисперсии , интерференции и дифракции света.

Дисперсия света – это зависимость оптических характеристик вещества от длины волны падающего на не го света . Под дисперсией обычно понимается зависимость показателя преломления n вещества от длины волны или частоты n=f(v)

Так как показатель преломления для всех известных прозрачных материалов изменяется с длиной волны , то угловые расхождения луче в различных облостях спектра для одной и той же призмы будут неодинаковой .

Дифракция света –это явление наблюдаемое при прохождении света через узкие отверстия и около краев экранов и связанное с отклонением света прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствиями . В спектральных приборах используется явление дифракции света на большом числе одинаковых узких щелей и зеркальных граней , сопровождающиеся интерференцией совокупности дифрагирующих лучей.

Интерференция света – Это сложение колебаний , вследствии чего при определении условиях получется устойчивая во времени картина распределения интенсивности , зависящая от разности хода между интерфирирующими лучами , результирующая интенсивность при этом не равна сумме интенсивности всех волн , а зависит от разности этих фаз .

В дифракционном распределении интенсивности производится измерение не в плоскости изображения элемента , а в его Фурье спектра. Поэтому дифракционный метод измерение линейных размеров не связан с формированием изображения элементов и , следовательно, в значительный степени свободен от ошибок , определяемых качеством оптической системы. Причем , в отличие от других методов, с уменьшением размеров элементов точность дифракционного метода , увеличивается , так как при этом возрастают углы дифракции , и в результате в плоскости измерений имеется некоторое распределение интенсивности , пространственные размеры которгго превышают размеры измеряемого элемента в десятки и сотни тысяч раз.

Для контроля линейных размеров элементов в принципе возможно использование трех разновидностей дифракционного метода измерений :

1. Контроль линейного размера одиночного элемента путем регистрации интенсивности в фиксированных точказ дифракционной картины .

2. Измерение линейного размера одиночного элемента путем регистрации расстояния между экстремальными точками дифракционной картины ,например, расстояние между одноименными минимумами

3. Измерение линейных размеров в группе периодических элементов (штрихов дифракционной решетки) путем регистрации соотношения интенсивности света в различных дифракционных максимумах

Для контроля плоских поверхностей нашел применение технический интерфереционный метод , который реализовывается с помощью стеклянных пластин

Интерфереционным методом проверяются тщательно отполированные поверхности с отклонениями не более 2мкм . Секлянная пластина плотно прижимается к измерительной поверхности и прималейших отклонениях наблюдается интерфереционная картина. В случае идеальной поверхности интерфереционные полосы отсутствуют . При , подсчете отклонений от плоскостности следует учитывать , что расстоянию между двумя интерференционными полосами соответствует изменение величины , отклонения поверхности , равное половине длины световой волны , соответствующей цвету интерференционных полос , по которым ведется измерение.

А) Сферическая б) эллипсоидная в) цилиндрическая форма

Основным прибором , использующим интерферометрический принцип при измерении высоты ,глубины , профиля и толщины

Является микроинтерфирометр Линника МИИ-4 , сочетание интерферометра Майкельсона с оптическим микроскопом

Интерферометр Майкельсона — двухлучевой интерферометр, изобретённый Альбертом Майкельсоном. Данный прибор позволил впервые измерить длину волны света. В опыте Майкельсона интерферометр был использован Майкельсоном для проверки гипотезы о светоносном эфире.

Конструктивно состоит из светоделительного зеркала, разделяющего входящий луч на два, которые в свою очередь, отражаются зеркалом обратно. На полупрозрачном зеркале разделённые лучи вновь направляются в одну сторону, чтобы смешавшись на экране, образовать интерференционную картину. Анализируя её и изменяя длину одного плеча на известную величину, можно по изменению вида интерференционных полос измерить длину волны, либо, наоборот, если длина волны известна, можно определить неизвестное изменение длин плеч. Радиус когерентности изучаемого источника света или другого излучения определяет максимальную разность между плечами интерферометра.

Устройство используется и сегодня в астрономических, физических исследованиях, а также в измерительной технике. В частности, интерферометр Майкельсона лежит в основе оптической схемы современных лазерных гравитационных антенн.