Самодельный интерферометр

[INPan]

...
Да и ОпенФринж этот что-то особого доверия не вызывает - просил нескольких опытных форумчан обсчитать независимо одну и туже ИГ (и сам посчитал  ). Результат получился существенно разным.

ОпенФринж имеет много разных настроек. А разобраться в них не просто. Может быть причина в этом.

[INPan]

Может позже и сделаю - сейчас на повестке дня множество прочих незаконченных тем.

Вся надежда на Вас!

[Gleb1964]

Нарисовалась тут одна проблема со схемой Баса.
Если посмотреть внимательно на его классическую схему, то выяснится, что конусы лучей (один сформирован линзой, другой исследуемым зеркалом), которые интрерферируют, имеют разную длину.

Известная проблема - классическая схема Баса имеет астигматизм и тестирование происходит не строго из центра кривизны. То есть "нулевая" поверхность, дающая ровные интерференционные линии, будет не сфера, а эллипсоид, у которого фокуса разнесены примерно на двойное фокусное расстояние линзы-расширителя пучка \(2F\). При тестировании идеального сферического зеркала будет наблюдаться небольшая сферическая аберрация.

В частности, в исходной статье про схему интерферометра, автор указывал, что желательно использовать двояковыпуклую линзу с фокусным расстоянием меньшим, чем 20 фокусных расстояний исследуемого зеркала.

Вас не смущает то обстоятельство, что ванно-схема совсем не используется профи?

С каждым днём всё больше и больше смущает к сожалению. А ещё смущает тот факт, что сферическая линза тоже может вносить аберрацию.

В схеме Баса пучок, создающий референсный канал, испытывает отражение от тестируемой поверхности, поэтому его качество базируется на допущении, что отражение происходит на малом и достаточно гладком участке и не вносит существенных искажений. На самом деле, качество этого участка поверхности и количество вносимых искажений неизвестно, поэтому не подлежит сертификации. Можно оценить характер искажений косвенно, смещая точку отражения и наблюдая изменения интерферограммы. На практике, чем ближе зеркало к конечной форме, тем глаже должна быть поверхность и меньше искажения.
Линза расширитель в схеме Баса вносит существенную сферическую аберрацию. Чтобы сферическая аберрация компенсировалась важно, чтобы линза вносила одинаковое количество сферической аберрации в тестовый и в опорный пучки. Поэтому стараются применять двояковыпуклую симметричную линзу. У такой линзы есть и то преимущество, что если она установлена с перекосом, то вносит симметричные астигматизм и кому в оба пучка, что тоже приводит к их взаимной компенсации. Применение плоско-выпуклой линзы нарушает симметрию и создает остаточные нескомпенсированные аберрации.
Если посмотреть строго, то и симметричная двояковыпуклая линза не компенсируется строго. Дело в том, что опорный луч, отражаясь от тестируемого зеркала, фокусируется на пол пути до линзы и потом приходит на линзу не параллельным, а слаборасходящимся пучком. Но это очень малые величины.

Интересное решение +, но фокусировки пучка на поверхности надо избегать, а для этого досточно сдвинуть немного элементы, не нарушая вашу концепцию. А вот применение 90-градусной призмы вместо зеркала (как у вас на рисунке), вносит небольшую нескомпенсированную сферическую аберрацию.
Могу себе представить модификацию Вашей схемы, но вместо двояковыпуклой линзы использовать вогнутое сферическое зеркало, при этом точка \(C1\) (и зеркало) помещается сверху \(C2\) (прямо над призмой) - тогда и астигматизм минимальный. Но надо проверить такой вариант в Zemax.

[INPan]

Спасибо, Глеб, за столь подробные и исчерпывающие разъяснения!

В схеме Баса пучок, создающий референсный канал, испытывает отражение от тестируемой поверхности, поэтому его качество базируется на допущении, что отражение происходит на малом и достаточно гладком участке и не вносит существенных искажений. На самом деле, качество этого участка поверхности и количество вносимых искажений неизвестно, поэтому не подлежит сертификации.

Меньше всего я задумывался об этом. Думаю, что любой участок даже самого плохого тестируемого зеркала вполне пригоден для того, чтобы вернуть луч обратно в Баса без искажений. Не ужели на таком крошечном участке зеркала может оказаться что-то что внесёт искажения в опорный луч? Может я что-то не понял?

А вот применение 90-градусной призмы вместо зеркала (как у вас на рисунке), вносит небольшую нескомпенсированную сферическую аберрацию.

Точно! Одна голова хорошо...
...а, другая лучше!
Ну значит ставим вместо призмы родное зеркальце Баса.

[INPan]

..... То есть "нулевая" поверхность, дающая ровные интерференционные линии, будет не сфера, а эллипсоид, у которого фокуса разнесены примерно на двойное фокусное расстояние линзы-расширителя пучка \(2F\). При тестировании идеального сферического зеркала будет наблюдаться небольшая сферическая аберрация.

А вот об этом я должен был и сам догадаться. Это ж элементарно!

[INPan]

Интересное решение +, но фокусировки пучка на поверхности надо избегать, а для этого досточно сдвинуть немного элементы, не нарушая вашу концепцию.

Думал уже об этом. Только бы конусы опять не разъехались в разные стороны.

[Vladstar]

Могу себе представить модификацию Вашей схемы, но вместо двояковыпуклой линзы использовать вогнутое сферическое зеркало,

Если правильно понял Глеба, это вариант неравноплечего ИФ.  Я вот достал для своего ИФ кубик и сферу 1:1 именно от интеферометра, а где взять тому, у кого такой возможности нет?

[ysdanko]

У такой линзы есть и то преимущество, что если она установлена с перекосом, то вносит симметричные астигматизм и кому в оба пучка, что тоже приводит к их взаимной компенсации.

Нельзя ли пояснить? Почему это вычитается, а не складывается?

[Gleb1964]

У такой линзы есть и то преимущество, что если она установлена с перекосом, то вносит симметричные астигматизм и кому в оба пучка, что тоже приводит к их взаимной компенсации.

Нельзя ли пояснить? Почему это вычитается, а не складывается?

если внесены одинаковые искажения в опорный и тестовый волновые фронты при прохождении в противоположных направлениях симметричной линзы-расширителя, то эти искажения не видны в интерферограмме при условии, что они плавные и поперечный сдвиг интерферирующих фронтов мал. Поперечных сдвиг нужен, чтобы получить линии на интерферограмме.
Если линза несимметрична, то будет проступать разница искажений волновых фронтов. При симметричной двояковыпуклой линзе компенсируются в первом порядке сферическая, астигматизм и кома. Остаются нескомпенсированными некоторые порядки малости, в том числе локальные дефекты поверхностей, через которые проходят пучки.

Могу себе представить модификацию Вашей схемы, но вместо двояковыпуклой линзы использовать вогнутое сферическое зеркало,

Если правильно понял Глеба, это вариант неравноплечего ИФ.  Я вот достал для своего ИФ кубик и сферу 1:1 именно от интеферометра, а где взять тому, у кого такой возможности нет?

да нет, интерферометр Баса он, по определению, равноплечий, с квази-общим ходом пучков. В нем можно ловить интерференцию обычного белого света. А вогнутым сферическим зеркалом я предложил заменить линзу-расширитель.

[INPan]

Интересное решение +, но фокусировки пучка на поверхности надо избегать, а для этого досточно сдвинуть немного элементы, не нарушая вашу концепцию.

Думал уже об этом. Только бы конусы опять не разъехались в разные стороны.

А вот и решение. Но к этой схеме одно довольно строгое требование, которое в принципе не сложно осуществить: Расстояние между центрами кубика и зеркальца должно быть строго по приведённой формуле. Только как вычислить h я не знаю. Хотя, учитывая малый размер линзочки, это расстояние можно установить приблизительно.
Астигматизм в приведённой схеме будет значительный, но он компенсируется программой путём задания расстояния L.
Очень удобно, что теперь вылезла наружу точка C₂. В этой точке должен находиться входной зрачёк объектива регистрирующего устройства.

[Gleb1964]

или, можно вот так - заменил одиночное зеркало в Вашей схеме на двойное, по типу пентапризмы - значительно меньший разнос поперек оси и, соответственно, меньший астигматизм.

[INPan]

Ух ты! Здорово! Отличная идея!

[INPan]

Привёл в надлежащий вид идею Глеба с двумя зеркалами. Конусы по прежнему одинаковой длины, а стало быть сферичка отсутствует!
Осталось свести друг с другом сами конусы и готов идеальный интерферометр для бедных.

[INPan]

Осталось свести друг с другом сами конусы и готов идеальный интерферометр для бедных.

Ну вот как-то так, сошлись конусы. Но этот номер скорее всего не пройдёт, будет много паразитной засветки.
НЕ ПОЙДЁТ!

[INPan]

Еще раз поглядел на последнюю схему. Конусы-то сошлись, но слишком большие потери на кубиках и в добавок в камеру вместе с интерферирующими пучками залетает и сам опорный луч пусть даже и ослабленный до 12,5%. В общем вердикт: НЕ ПОЙДЁТ!
А вот предыдущая схема с добавленным Глебом ещё одним зеркалом имеет право на жизнь. Конусы там одинаковые, с вершинами точно на уровне ROC, а значит и без внесения неконтролируемой сферической аберрации, а благодаря идее Глеба с добавлением ещё одного зеркала, удалось сблизить конусы на предельно малое расстояние. Так что будем пробовать.
Только вот зеркальце у меня одно. 12,7 х 12,7 х 5,5мм. Там такое большое и не нужно, Может его разрезать на два? Только вот как это сделать не повредив зеркальный слой?

[Gleb1964]

Я насчитал 5 прохождений светоделителя в обоих пучках - опорном и измерительном. Если считать светоделитель идеальным \( 0.5/0.5 \), то только за счет светоделителя, после 5-ти прохождений, останется всего \(0.5^{5} = 0.03 \) от исходного пучка. Остальной свет будет способствовать помехам. Если тестируется непокрытое зеркало, останеться еще на порядок меньше света.
А вообще, неплохо, помня о бликах, сразу прикидывать схему с разворотом кубика градуса на 2-3, чтобы увести блики за пределы интерферограммы.

[INPan]

Я насчитал 5 прохождений светоделителя в обоих пучках - опорном и измерительном. Если считать светоделитель идеальным \( 0.5/0.5 \), то только за счет светоделителя, после 5-ти прохождений, останется всего \(0.5^{5} = 0.03 \) от исходного пучка. Остальной свет будет способствовать помехам. Если тестируется непокрытое зеркало, останеться еще на порядок меньше света.
А вообще, неплохо, помня о бликах, сразу прикидывать схему с разворотом кубика градуса на 2-3, чтобы увести блики за пределы интерферограммы.

Это всё только полбеды, а там ещё обратный луч, который отразившись от тестируемого зеркала возвращается обратно. Он отражается от кубика и напрочь засвечивает интерферограмму. В общем не удачная схема.
 А кубик, да, обязательно надо повернуть.

[Fidel]

//Я вот достал для своего ИФ кубик и сферу 1:1 именно от интеферометра, а где взять тому, у кого такой возможности нет?

К ним ещё компенсатор по идее полагается.

[ysdanko]

Это всё только полбеды, а там ещё обратный луч, который отразившись от тестируемого зеркала возвращается обратно. Он отражается от кубика и напрочь засвечивает интерферограмму.

Возможно этот луч можно подавить поляризатором...

[Vladstar]

//Я вот достал для своего ИФ кубик и сферу 1:1 именно от интеферометра, а где взять тому, у кого такой возможности нет?

К ним ещё компенсатор по идее полагается.

Делал ИФ по подобию Астрон-2М, компенсатора там нет. Возможно этот ИФ не расчитан для светосильных систем. Но тогда для чего светосильная опорная сфера? Жаль, нет у нас паспорта для Астрон-2М.

Это всё только полбеды, а там ещё обратный луч, который отразившись от тестируемого зеркала возвращается обратно. Он отражается от кубика и напрочь засвечивает интерферограмму. В общем не удачная схема.
 А кубик, да, обязательно надо повернуть.

  Здесь присутствует такой момент: отражение излучения от передней грани назад и его отражение от задней грани (такие "затухающие" переотражения повторяются) в сторону исследуемого зеркала. Понятно, что надо чуть повернуть кубик. Но не вводим ли тогда несимметричную (с разным знаком) сферичку?