2.3.2. Методы оптической интерференции

^{Возникновение интерференции в прозрачной пленке схематически показано на рис. 2. Одна часть падающего пучка В0 отражается от верхней поверхности границы раздела между средами 1 и 2 и образует пучок В12, а другая часть пучка В0 отражается от границы раздела между средой 2 и 3, образуя пучок В23.}

^{Если отражающие способности границ не очень велики, то тогда интерференция будет иметь место в основном между первыми двумя отраженными пучками или первыми двумя прошедшими пучками (см. рис. 1).}

^{В случае, когда k = 0 или он достаточно мал, это позволяет заметной доле излучения проходит через подложку.}

^{k3 = Ii  /4}

^{При выводе уравнения Вульфа - Брегга мы показали, что разность длины хода между двумя лучами равна 2n2d  cos2,}

^{где n – показатель преломления, а d – толщина пленки.}

^{Если эта разность равна N, где N – целое число, то тогда два отраженных пучка будут в фазе, и в результате будет иметь место интерференция с усилением. Если N – полуцелое число, то два отраженных пучка будут сдвинуты по фазе на 180С, и в результате будет наблюдаться интерференция с ослаблением.}

^{Таким образом, простое условие для наличия экстремума выразится в виде:}

^{N = 2n2d  cos2 (1)}

^{В случае прохождения условия максимума и минимума возникает картина чередующихся светлых и темных полос.}

^{Из уравнения (1) видно, что существует несколько способов, с помощью которых можно получить периодические изменения интенсивности отраженного света, образующего интерференционные полосы. Последние могут быть получены изменением угла падения 1, толщины пленок или длины волны  или  / d.}

^{n3  n2  n1}

^{Рис. 2. Схематическое изображение двухлучевого отражения}

^{или прохождение света через прозрачную пленку.}

^{n1, 2, 3 – коэффициенты преломления в средах;}

^{k1, 2, 3 – коэффициент экстинкции (поглощения) в средах.}

^{3. Микроинтерферометр Линника}

^{3.1. Назначение}

^{Микроинтерферометр Линника МИИ-4 предназначается для визуальной оценки, измерения и фотографирования высоты неровностей тонкообработанных поверхностей. Микроинтерферометр применяется в лабораториях научно-исследовательских и учебных институтов и промышленных предприятий, занимающихся вопросами чистоты обработки поверхностей.}

^{3.2. Технические данные}

^{– Пределы измерения высоты неровности, мкм – от 0,1 до 0,8.}

^{– Увеличение, крат – до 500.}

^{– Поле зрения, мм – до 0,37.}

^{– Источник света – лампа накаливания СЦ80 (8 В, 9 Вт).}

^{– Питание лампы производится через понижающий трансформатор}

^{от сети переменного тока напряжением 127/220 В.}

– Габаритные размеры прибора, мм – 340 х 300 х 380.

– Масса, кг – 24.

^{3.3. Принцип действия}

^{Принцип и схема микроинтерферометра МИИ-4 впервые были разработаны и применены для исследования качества тонкообработанных поверхностей академиком В.П. Линником. Принцип действия микроинтерферометра основан на явлении интерференции света. На практике для получения двух систем волн, способных интерферировать, пользуются разделением пучка лучей, исходящих из одной точки источника света, на два пучка.}

^{В микроинтерферометре МИИ-4 в качестве разделяющей системы используется наклонная плоскопараллельная пластинка, имеющая полупрозрачное светоделительное покрытие. Половину падающего на нее света пластинка отражает, половину пропускает, вследствие чего образуются две системы волн, способных интерферировать. В результате интерференции двух систем волн в фокальной плоскости окуляра наблюдаются интерференционные полосы.}

^{Разность хода интерферирующих лучей от центра поля к краям увеличивается и проходит все значения: 0; /2; 3/2; 2 и т. д., где  – длина волны света. В точках поля, где разность хода равна , 2, 3 и т.д., в результате интерференции пучков получаются светлые полосы, а в точках, где разность хода равна /2; 3/2; 5/2 и т.д. – темные полосы.}

^{При вынутом окуляре в плоскости зрачков выхода микроинтерферометра наблюдаются два изображения источника света.}

^{Форма интерференционных полос, направление и интервал между ними зависят от положения зрачков выхода микроинтерферометра относительно друг друга. При изменении взаимного расположения зрачков и расстояния между ними соответственно изменяются интервалы между интерференционными полосами и направление полос. Интервал между полосами  определяется по формуле:}

^{ = / (2)}

^{где  – длина волны света;}

^{– угловое расстояние между двумя изображениями источника света}

^{при рассматривании их из данной точки поля интерференции.}

^{Микроинтерферометр МИИ-4 позволяет изменять расстояние между изображениями источника света и их взаимное расположение.}

^{Для этого объектив O1 (рис. 3) смещается с оптической оси. При смещении объектива, например, на величину а, изменяется расстояние между зрачками выхода (T1T2 = 2a), в которые проектируется изображение источника света, а, следовательно, изменяется и интервал между полосами.}

^{В отъюстированном микроинтерферометре при работе в монохроматическом свете в поле зрения должны быть видны чередующиеся черные и светлые полосы. Два интерференционных светофильтра, с помощью которых получается монохроматический свет, пропускают соответственно.}

Рис. 3. Схема движения лучей в МИИ-4

^{Как видно из формулы (2), интервал между полосами  зависит от длины волны; каждой длине волны соответствует определенный интервал. Поэтому в белом свете полосы для разных длин волн не совпадают друг с другом, за исключением нулевой полосы, определяющей ось симметрии интерференционной картины. Таким образом, интерференционная картина в белом свете имеет следующий вид: в центре наблюдается белая ахроматическая полоса, по обеим сторонам, которой находятся две черные полосы с цветными каймами, и дальше по три - четыре цветные полосы с каждой стороны. Переход от одной светлой (или темной) полосы к другой светлой (или темной) полосе соответствует изменению разности хода интерферирующих лучей на одну длину волны.}

^{В поле зрения микроинтерферометра наблюдаются одновременно интерференционные полосы и исследуемая поверхность. Перемещение исследуемой поверхности S2 вверх или вниз на какую-либо малую величину вызывает изменение хода луча на двойную величину перемещения поверхности, так как свет проходит это расстояние дважды.}

^{Изменение хода луча в одной ветви микроинтерферометра вызовет изменение разности хода интерферирующих лучей, в результате чего полосы в поле зрения сместятся. При смещении исследуемой поверхности на величину, соответствующую половине длины световой волны /2, полосы в поле зрения сместятся на один интервал между ними.}

^{Если на исследуемой поверхности имеется бугор или впадина, то в этом месте меняется разность хода и, следовательно, полосы смещаются. Так, например, высота неровности на поверхности 0,275 мкм вызовет искривление полосы в поле зрения микроинтерферометра на величину всего интервала между полосами (на одну полосу). При измерении величину искривления выражают в долях интервала между интерференционными полосами. Зная длину волны света, можно получить высоту неровности в микрометрах или долях миллиметра.}

^{Визуальная интерференционная картина на границе раздела пленка-подложка представлена на рис. 4.}

^{а б}

^{Рис. 4. Визуальная интерференционная картина на границе раздела}

^{пленка-подложка.}

^{С помощью микроинтерферометра МИИ-4 можно достаточно точно измерить величину искривления, составляющую 0,1 интервала между полосами, что соответствует высоте неровности, равной (/2)0,1 = 0,05. При  = 530 нм наименьшая высота неровности, которую возможно измерить на микроинтерферометре, составляет 0,05 х 0,53 = 0,0265 мкм.}

^{При измерении высоты неровности на цилиндрических деталях в поле зрения наблюдаются две системы интерференционных полос, расположенных симметрично относительно образующей цилиндра. При установке сферических объектов в поле зрения наблюдаются кольца. Вид поля зрения при установке цилиндрических объектов показан на рис. 5, сферических объектов – на рис. 6.}

Рис. 5

Рис. 6