Оптический плоский

Чрезвычайно плоский кусок оптического стекла

Оптические плоскости на всякий случай. Около 2,5 см (1 дюйм) в диаметре. Третий флэт слева стоит ребром, показывая толщину.

Оптическая плоскость λ/20, покрытая алюминием, образующая зеркало первой поверхности.

Две оптические плоскости протестированы с использованием лазерного света с длиной волны 589 нм. При диаметре 2 дюйма (5,1 см) и толщине 0,5 дюйма (13 мм) обе поверхности плоские с точностью до 1/10 длины волны света (58,9 нм), о чем свидетельствуют идеально прямые полосы.

Оптическое плоское — это кусок стекла оптического класса , притертый и отполированный до чрезвычайно плоского состояния с одной или обеих сторон, обычно в пределах нескольких десятков нанометров (миллиардных долей метра). Они используются с монохроматическим светом для определения плоскостности (точности поверхности) других поверхностей (оптических, металлических, керамических или других) посредством волновой интерференции . ^[1]

Когда оптическая плоскость помещается на другую поверхность и освещается, световые волны отражаются как от нижней поверхности плоскости, так и от поверхности, на которой она лежит. Это вызывает явление, похожее на тонкопленочную интерференцию . Отраженные волны интерферируют, создавая картину интерференционных полос, видимых как светлые и темные полосы. Расстояние между полосами меньше там, где зазор меняется быстрее, что указывает на отклонение от плоскостности одной из двух поверхностей. Это сравнимо с контурными линиями, которые можно найти на карте. Плоская поверхность обозначается узором из прямых параллельных полос на одинаковом расстоянии друг от друга, тогда как другие узоры указывают на неровные поверхности. Две соседние полосы указывают на разницу в высоте половины длины волны используемого света, поэтому, подсчитав полосы, можно измерить разницу в высоте поверхности с точностью более одного микрометра .

Обычно только одна из двух поверхностей оптической плоскости делается плоской с заданным допуском и эта поверхность обозначается стрелкой на кромке стекла. Оптическим плоскостям иногда дают оптическое покрытие и используют их в качестве прецизионных зеркал или оптических окон для специальных целей, например, в интерферометре Фабри-Перо или лазерном резонаторе . Оптические плоские поверхности также используются в спектрофотометрии .

Тестирование плоскостности

Проверка плоскостности поверхностей оптическими рейками. Левая поверхность плоская; правая поверхность астигматична , с кривизной в двух ортогональных направлениях.

Оптический плоский тест, при котором угловой размер источника света слишком мал. Интерференционные полосы проявляются только в отражении, поэтому свет должен казаться больше, чем плоскость.

Оптическая плоскость обычно помещается на плоскую поверхность для проверки. Если поверхность чистая и достаточно отражающая, при освещении испытуемого образца белым светом образуются полосы интерференционных полос радужного цвета. Однако если для освещения заготовки используется монохроматический свет, например гелий, натрий низкого давления или лазер, то образуется серия темных и светлых интерференционных полос. Эти интерференционные полосы определяют плоскостность заготовки относительно оптической плоскости с точностью до доли длины волны света. Если обе поверхности совершенно одинаково плоские и параллельны друг другу, интерференционных полос не образуется. Однако между поверхностями обычно остается некоторое количество воздуха. Если поверхности плоские, но между ними существует крошечный оптический клин воздуха, то образуются прямые параллельные интерференционные полосы, указывающие угол клина (т. клина). Форма полос также указывает на форму исследуемой поверхности, поскольку полосы с изгибом, контуром или кольцами указывают на высокие и низкие точки на поверхности, такие как закругленные края, холмы или впадины, а также выпуклые и вогнутые поверхности. ^[2]

Подготовка

И оптическая плоскость, и проверяемая поверхность должны быть очень чистыми. Малейшая пыль, оседающая между поверхностями, может испортить результат. Даже толщины полосы или отпечатка пальца на поверхностях может быть достаточно, чтобы изменить ширину зазора между ними. Перед испытанием поверхности обычно тщательно очищаются. Чаще всего в качестве чистящего средства используется ацетон , поскольку он растворяет большинство масел и полностью испаряется, не оставляя следов. Обычно поверхность очищают методом «перетаскивания», при котором безворсовая ткань без царапин смачивается, растягивается и тянется по поверхности, вытягивая за собой любые загрязнения. Этот процесс обычно выполняют десятки раз, гарантируя, что поверхность полностью очищена от загрязнений. Каждый раз необходимо будет использовать новую салфетку, чтобы предотвратить повторное загрязнение поверхностей ранее удаленной пылью и маслами.

Тестирование часто проводится в чистой комнате или другой среде, свободной от пыли, чтобы пыль не оседала на поверхностях между очисткой и сборкой. Иногда поверхности можно собрать, сдвинув их вместе, что помогает соскрести пыль, которая может попасть на поверхность. Испытание обычно проводится в среде с контролируемой температурой, чтобы предотвратить любые искажения стекла, и должно проводиться на очень стабильной рабочей поверхности. После тестирования квартиры обычно снова очищают и хранят в защитном футляре, а также часто хранят в среде с контролируемой температурой до следующего использования.

Осветительные приборы

Для достижения наилучших результатов испытаний для освещения квартир используется монохроматический свет, состоящий только из одной длины волны. Чтобы правильно показать полосы, при настройке источника света необходимо учитывать несколько факторов, таких как угол падения света на наблюдателя, угловой размер источника света по отношению к зрачку глаза, и однородность источника света при отражении от стекла.

Можно использовать множество источников монохроматического света. Большинство лазеров излучают свет с очень узкой полосой пропускания и часто служат подходящим источником света. Гелий -неоновый лазер излучает свет с длиной волны 632 нанометра (красный), а лазер Nd:YAG с удвоенной частотой излучает свет с длиной волны 532 нм (зеленый). Различные лазерные диоды и твердотельные лазеры с диодной накачкой излучают свет красного, желтого, зеленого, синего или фиолетового цвета. Лазеры на красителях можно настроить на излучение практически любого цвета. Однако в лазерах также наблюдается явление, называемое лазерным спеклом , которое проявляется на краях.

Также можно использовать несколько газовых или металлопаровых ламп. При работе при низком давлении и токе эти лампы обычно излучают свет в различных спектральных линиях , причем одна или две линии являются наиболее преобладающими. Поскольку эти линии очень узкие, лампы можно комбинировать с узкополосными фильтрами, чтобы изолировать самую сильную линию. Гелиевая лампа дает линию с длиной волны 587,6 нм (желтая), а ртутная лампа — линию с длиной волны 546,1 (желтовато-зеленая). Пары кадмия дают линию 643,8 нм (красная), а натрий низкого давления дает линию 589,3 нм (желтая). Из всех ламп натриевая лампа низкого давления является единственной, которая производит одну линию и не требует фильтра.

Полосы появляются только при отражении источника света, поэтому оптическую плоскость необходимо рассматривать под тем углом падения, под которым на нее падает свет. Если смотреть под углом нулевого градуса (прямо сверху), свет также должен располагаться под углом нулевого градуса. При изменении угла обзора должен меняться и угол освещения. Свет необходимо расположить так, чтобы его отражение покрывало всю поверхность. Кроме того, угловой размер источника света должен быть во много раз больше размера глаза. Например, если используется лампа накаливания, полосы могут проявляться только в отражении нити. При перемещении лампы намного ближе к плоскости угловой размер становится больше, и может показаться, что нить накала покрывает всю квартиру, что дает более четкие показания. Иногда можно использовать рассеиватель , например порошковое покрытие внутри матовых лампочек, чтобы обеспечить однородное отражение от стекла. Обычно измерения будут более точными, если источник света находится как можно ближе к плоскости, а глаз — как можно дальше. ^[3]

Как образуются интерференционные полосы

Как работает интерференция. Расстояние между светлой полосой (а) и темной полосой (б) указывает на изменение длины пути света на 1/2 длины волны, то есть на изменение ширины зазора на 1/4 длины волны. Таким образом, расстояние между двумя яркими или темными полосами указывает на изменение зазора на 1/2 длины волны. Зазор между поверхностями и длина волны световых волн сильно преувеличены.

На диаграмме показана оптическая плоскость, лежащая на проверяемой поверхности. Если две поверхности не идеально плоские, между ними будет небольшой зазор (показан), который будет меняться в зависимости от контура поверхности. Монохроматический свет (красный) светит через плоское стекло и отражается как от нижней поверхности оптического стекла, так и от верхней поверхности испытуемого образца, при этом два отраженных луча объединяются и накладываются друг на друга . Однако луч, отражающийся от нижней поверхности, проходит более длинный путь. Длина дополнительного пути равна удвоенному зазору между поверхностями. Кроме того, луч, отражающийся от нижней поверхности, претерпевает разворот фазы на 180°, тогда как внутреннее отражение другого луча от нижней стороны оптической плоскости не вызывает обращения фазы. Яркость отраженного света зависит от разницы длины пути двух лучей:

1. Конструктивная интерференция : в областях, где разница в длине пути между двумя лучами равна нечетному кратному половине длины волны (λ/2) световых волн, отраженные волны будут синфазными , поэтому «впадины» и «пики» "волны совпадают. Поэтому волны будут усиливаться (добавляться), и результирующая интенсивность света будет больше. В результате там будет наблюдаться яркая область.
2. Деструктивная интерференция : в других местах, где разница в длине пути равна четному кратному полуволне, отраженные волны будут сдвинуты по фазе на 180° , поэтому «впадина» одной волны совпадает с «пиком» другая волна. Следовательно, волны будут сокращаться (вычитаться), и результирующая интенсивность света будет слабее или равна нулю. В результате там будет наблюдаться темная область».

Если зазор между поверхностями не является постоянным, эта интерференция приводит к тому, что на поверхности наблюдается узор из ярких и темных линий или полос, называемых « интерференционными полосами ». Они похожи на контурные линии на картах, показывающие разницу высот нижней испытательной поверхности. Зазор между поверхностями по краям постоянный. Разница в длине пути между двумя соседними яркими или темными полосами равна одной длине волны света, поэтому разница в зазоре между поверхностями составляет половину длины волны. Поскольку длина волны света очень мала, этот метод позволяет измерять очень небольшие отклонения от плоскостности. Например, длина волны красного света составляет около 700 нм, поэтому разница в высоте между двумя полосами составляет половину этой длины, или 350 нм, что составляет примерно 1/100 диаметра человеческого волоса.

Математический вывод

Изменение яркости отраженного света в зависимости от ширины зазора можно найти, выведя формулу суммы двух отраженных волн. Предположим, что ось z ориентирована по направлению отраженных лучей. Предположим для простоты, что интенсивность A двух отраженных световых лучей одинакова (это почти никогда не верно, но результатом различий в интенсивности является лишь меньший контраст между светлыми и темными полосами). Уравнение для электрического поля синусоидального луча света, отраженного от верхней поверхности, движущегося вдоль оси z, имеет вид ${\displaystyle d\,}$

${\displaystyle E_{1}(z,t)=A\cos \left({\frac {2\pi z}{\lambda }}-\omega t\right)}$

где – пиковая амплитуда, λ – длина волны, – угловая частота волны. Луч, отраженный от нижней поверхности, будет задержан из-за дополнительной длины пути и разворота фазы на 180 ° при отражении, что приведет к сдвигу фазы по отношению к верхнему лучу. ${\displaystyle A\,}$ ${\displaystyle \omega =2\pi f\,}$ ${\displaystyle \phi \,}$

${\displaystyle E_{2}(z,t)=A\cos \left({\frac {2\pi z}{\lambda }}-\omega t+\phi \right)\,}$

где – разность фаз волн в радианах . Две волны будут накладываться и складываться: сумма электрических полей двух волн равна ${\textstyle \phi \,}$

${\displaystyle E=E_{1}+E_{2}=A\left[\cos \left({\frac {2\pi z}{\lambda }}-\omega t\right)+\cos \left({\frac {2\pi z}{\lambda }}-\omega t+\phi \right)\right]\,}$

Используя тригонометрическое тождество для суммы двух косинусов: , это можно записать ${\displaystyle \cos a+\cos b=2\cos \left({a+b \over 2}\right)\cos \left({a-b \over 2}\right)\,}$

${\displaystyle E=2A\cos \left({\phi \over 2}\right)\cos \left({2\pi z \over \lambda }-\omega t+{\phi \over 2}\right)\,}$

Это представляет собой волну исходной длины волны, амплитуда которой пропорциональна косинусу , поэтому яркость отраженного света является колеблющейся синусоидальной функцией ширины зазора d . Разность фаз равна сумме сдвига фаз, обусловленного разницей длин путей 2 d, и дополнительного сдвига фазы на 180° при отражении. ${\textstyle {\frac {\phi }{2}}}$ ${\textstyle \phi }$ ${\textstyle {2\pi \over \lambda }(2d)\,}$

${\displaystyle \phi ={4\pi d \over \lambda }+\pi =2\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)}$

поэтому электрическое поле результирующей волны будет

${\displaystyle E=2A\cos \left[\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)\right]\cos \left[{2\pi z \over \lambda }-\omega t+\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)\right]\,}$

Это представляет собой колеблющуюся волну, величина которой синусоидально меняется от нуля до нуля по мере увеличения. ${\displaystyle 2A}$ ${\displaystyle d}$

• Конструктивное вмешательство : Яркость будет максимальной там , где это происходит, когда ${\displaystyle \left|\cos \pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)\right|=1\,}$

  ${\displaystyle {\begin{aligned}\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)&=n\pi ,\quad n\in {0,1,2,\ldots }\\\Rightarrow d&=\left(n-{1 \over 2}\right){\lambda \over 2}\end{aligned}}}$

${\displaystyle \Rightarrow d={\lambda \over 4},{3\lambda \over 4},{5\lambda \over 4},\ldots }$

• Деструктивное вмешательство : Яркость будет равна нулю (или, в более общем случае, минимуму), где , что происходит, когда ${\displaystyle \left|\cos \pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)\right|=0\,}$

  ${\displaystyle {\begin{aligned}\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)&=\left(n+{1 \over 2}\right)\pi ,\quad n\in {0,1,2,\ldots }\\\Rightarrow d&=n{\lambda \over 2}\end{aligned}}}$

${\displaystyle \Rightarrow d=0,{2\lambda \over 4},{4\lambda \over 4},{6\lambda \over 4},\ldots }$

Таким образом, яркие и темные полосы чередуются, причем расстояние между двумя соседними яркими или темными полосами представляет собой изменение длины зазора на половину длины волны (λ/2).

Точность и ошибки

Две плоские λ/10 при 589 нм. Хотя обе поверхности имеют некоторые неровности, тест показывает, что они обе плоские относительно друг друга. По мере выжимания тонкие полосы расширяются, пока не останется только одна полоса.

Тепловое изображение оптической плоскости после воздействия всего на несколько секунд. Более теплые области увеличивают толщину поверхности по сравнению с более холодными, соответственно искажая поверхность.

Как ни странно, полос не существует внутри зазора или самой квартиры. Интерференционные полосы на самом деле образуются, когда все световые волны сходятся в глазу или камере, формируя изображение. Поскольку изображение представляет собой совокупность всех сходящихся волновых фронтов, интерферирующих друг с другом, плоскостность образца можно измерить только относительно плоскостности оптической плоскости. Любые отклонения на плоскости будут добавлены к отклонениям на испытательной поверхности. Следовательно, поверхность, отполированная до плоскостности λ/4, не может быть эффективно проверена плоскостью λ/4, поскольку невозможно определить, где лежат погрешности, но ее контуры можно выявить путем тестирования с более точными поверхностями, такими как λ/4. /20 или λ/50 оптический плоский. Это также означает, что освещение и угол обзора влияют на точность результатов. При освещении или просмотре под углом расстояние, которое свет должен пройти через зазор, больше, чем при просмотре и освещении прямо. Таким образом, по мере того, как угол падения становится круче, полосы также будут двигаться и меняться. Угол падения в ноль градусов обычно является наиболее желательным углом как для освещения, так и для просмотра. К сожалению, обычно этого невозможно добиться невооруженным глазом. Многие интерферометры используют светоделители для получения такого угла. Поскольку результаты относятся к длине волны света, точность также можно повысить, используя свет с более короткими длинами волн, хотя в качестве стандарта часто используется линия 632 нм гелий-неонового лазера. ^[4]

Ни одна поверхность не бывает полностью плоской. Поэтому любые ошибки или неровности, существующие на оптической поверхности, повлияют на результаты теста. Оптические поверхности чрезвычайно чувствительны к изменениям температуры, что может вызвать временные отклонения поверхности в результате неравномерного теплового расширения . Стекло часто имеет плохую теплопроводность , и для достижения теплового равновесия требуется много времени . Простое обращение с плоскостями может передать достаточно тепла, чтобы свести на нет результаты, поэтому используются такие стекла, как плавленый кварц или боросиликат , которые имеют очень низкие коэффициенты теплового расширения. Стекло должно быть твердым и очень стабильным и обычно очень толстым, чтобы не прогибаться . При измерениях в нанометровом масштабе малейшее давление может привести к тому, что стекло прогнется настолько, что исказит результаты. Поэтому также необходима очень плоская и стабильная рабочая поверхность, на которой можно проводить испытание, предотвращая провисание как плоской поверхности, так и испытуемого образца под их общим весом. Часто в качестве рабочая поверхность, обеспечивающая устойчивую поверхность стола для проведения испытаний. Чтобы обеспечить еще более ровную поверхность, иногда испытание можно проводить поверх другой оптической плоскости, располагая испытательную поверхность посередине.

Абсолютная плоскостность

Абсолютная плоскостность — это плоскостность объекта при измерении по абсолютной шкале , при которой эталонная плоскость (эталон) полностью лишена неровностей. Плоскостность любой оптической плоскости зависит от плоскостности исходного стандарта , который использовался для ее калибровки. Следовательно, поскольку обе поверхности имеют некоторые неровности, существует мало способов узнать истинную, абсолютную плоскость любой оптической плоскости. Единственная поверхность, которая может достичь почти абсолютной плоскостности, — это поверхность жидкости, такой как ртуть, и иногда она может достигать показаний плоскостности с точностью до λ/100, что соответствует отклонению всего в 6,32 нм (632 нм/100). Однако жидкие лыски очень сложно использовать и правильно выравнивать, поэтому их обычно используют только при подготовке стандартной лыски для калибровки других лысок. ^[5]

Другим методом определения абсолютной плоскостности является «тест трех плоскостей». В этом тесте сравниваются три плоские детали одинакового размера и формы. Анализируя узоры и их различные фазовые сдвиги , можно экстраполировать абсолютные контуры каждой поверхности. Обычно для этого требуется как минимум двенадцать отдельных испытаний, проверяющих каждую плоскость относительно каждой другой как минимум в двух разных ориентациях. Чтобы исключить любые ошибки, иногда можно проверять плоскость, опираясь на край, а не ровно, что помогает предотвратить провисание. ^{[6] [7]}

Отжимание

Оптические лыски используются для калибровки металлических деталей.

Скручивание происходит, когда почти весь воздух вытесняется между поверхностями, в результате чего поверхности сцепляются друг с другом, частично из-за вакуума между ними. Чем более плоские поверхности; тем лучше они будут сжиматься, особенно когда плоскость простирается до самых краев. Если две поверхности очень плоские, они могут сжаться настолько сильно, что для их разделения может потребоваться большое усилие.

Интерференционные полосы обычно образуются только тогда, когда оптическая плоскость начинает прижиматься к испытательной поверхности. Если поверхности чистые и очень ровные, они начнут заламываться практически сразу после первого контакта. После начала отжима по мере медленного вытеснения воздуха между поверхностями между поверхностями образуется оптический клин. Интерференционные полосы формируются перпендикулярно этому клину. Когда воздух будет вытеснен, будет казаться, что полосы движутся к самому толстому зазору, расширяясь и становясь шире, но меньше. Когда воздух вытесняется, вакуум, удерживающий поверхности вместе, становится сильнее. Оптическая плоскость обычно никогда не должна полностью отжиматься от поверхности, иначе ее можно поцарапать или даже сломать при разделении. В некоторых случаях, если оставить их на несколько часов, может потребоваться деревянный брусок, чтобы их выбить. Проверка плоскостности с помощью оптической плоски обычно проводится, как только появляется жизнеспособная интерференционная картина, а затем поверхности разделяются, прежде чем они смогут полностью сжаться. Поскольку угол клина очень мал, а зазор очень мал, выжимание может занять несколько часов. Скольжение плоской поверхности относительно поверхности может ускорить отжимание, но попытка выдавить воздух не даст большого эффекта.

Если поверхности недостаточно плоские, если на поверхности имеются масляные пленки или загрязнения или между поверхностями попадают небольшие частицы пыли, они могут вообще не отжиматься. Поэтому для получения точных измерений поверхности должны быть очень чистыми и свободными от мусора. ^[8]

Определение формы поверхности

1. Начальный отжим, 532 нм,
2. Начальное отжимание, белый свет,
3. Отжим, 1 час,
4. Отжим, 2 часа,
5. Полностью испорченный,
6. Полностью выжатый в белом свете. Окно слегка вогнутое, а не выпуклое.

Испытание на плоскостность оптического окна из флоат-стекла . Приложив линейку к изображению рядом с полосой и посчитав, сколько полос пересекает его, можно измерить плоскостность поверхности по любой линии. Окно имеет плоскостность 4–6λ (~ 2100–3100 нм) на дюйм. 

Оптический плоский тест зеленого и красного цвета. Длины волн почти гармонически противоположны (зеленый на λ/4 короче), поэтому полосы перекрывают каждую четвертую красную полосу (каждую пятую зеленую полосу), мешая формировать желтые полосы.

Полосы очень похожи на линии на топографической карте, где полосы всегда перпендикулярны клину между поверхностями. Когда начинается выкручивание, воздушный клин имеет большой угол, и края будут напоминать линии топографии сетки. Если полосы прямые; тогда поверхность плоская. Если дать поверхностям полностью согнуться и стать параллельными, прямые полосы будут расширяться до тех пор, пока не останется только темная полоса, и они полностью исчезнут. Если поверхность не плоская, линии сетки будут иметь изгибы, указывающие на топографию поверхности. Прямые полосы с изгибами могут указывать на возвышение или впадину. Прямые полосы с V-образной формой посередине указывают на гребень или впадину, идущую через центр, а прямые полосы с закруглениями на концах указывают на края, которые либо закруглены, либо имеют приподнятую кромку.

Если поверхности не совсем плоские, по мере выжимания края будут расширяться и продолжать изгибаться. При полном отжимании они будут напоминать контурные линии рельефа, указывающие на отклонения на поверхности. Закругленные края указывают на пологие или слегка цилиндрические поверхности, а узкие углы на краях указывают на острые углы поверхности. Маленькие круглые круги могут указывать на неровности или впадины, а концентрические круги указывают на коническую форму. Неравномерно расположенные концентрические круги указывают на выпуклую или вогнутую поверхность. Прежде чем поверхности полностью сожмутся, эти полосы будут искажены из-за дополнительного угла воздушного клина, меняя контуры по мере медленного выталкивания воздуха.

Одиночная темная полоса имеет одинаковую толщину зазора и проходит по линии, проходящей по всей длине полосы. Соседняя яркая полоса будет обозначать толщину, которая либо на 1/2 длины волны уже, либо на 1/2 длины волны шире. Чем тоньше и ближе полосы; чем круче склон, в то время как более широкие полосы, расположенные дальше друг от друга, показывают более пологий склон. К сожалению, невозможно сказать, указывают ли полосы на склон горы или вниз, исходя только из одного взгляда на полосы, потому что соседние полосы могут идти в любую сторону. Кольцо концентрических кругов может указывать на то, что поверхность либо вогнутая, либо выпуклая, что является эффектом, похожим на иллюзию полой маски .

Есть три способа проверить форму поверхности, но наиболее распространенным является «испытание надавливанием пальцем». В этом тесте к плоскости прикладывают небольшое давление, чтобы увидеть, в какую сторону движутся полосы. Бахрома отойдет от узкого конца клина. Если испытательная поверхность вогнутая, то при приложении давления к центру колец плоская поверхность немного прогибается, и создается впечатление, что полосы смещаются внутрь. Однако, если поверхность выпуклая, плоская поверхность будет точечно контактировать с поверхностью в этом месте, поэтому у нее не будет места для изгиба. Таким образом, полосы останутся неподвижными, просто становясь немного шире. Если к краю плоскости приложить давление, происходит нечто подобное. Если поверхность выпуклая, то плоская поверхность будет немного покачиваться, в результате чего края будут смещаться к пальцу. Однако если поверхность вогнутая, то плоскость немного прогнется, и края отойдут от пальца к центру. Хотя это называется испытанием на давление «пальцем», часто используется деревянная палочка или какой-либо другой инструмент, чтобы избежать нагрева стекла (при этом одного веса зубочистки часто бывает достаточно).

Другой метод заключается в освещении квартиры белым светом, позволяющем сформировать радужные полосы, а затем нажатии на центр. Если поверхность вогнутая, то по краю будет точечный контакт, а внешняя бахрома потемнеет. Если поверхность выпуклая, то в центре будет точечный контакт, а центральная полоса потемнеет. Подобно цветам закалки стали, бахрома будет слегка коричневатой на более узкой стороне и синей на более широкой стороне, поэтому, если поверхность вогнутая, синий цвет будет внутри колец, а если выпуклый, то синий будет. быть снаружи.

Третий метод предполагает перемещение глаза относительно плоскости. При перемещении глаза от угла падения в ноль градусов к косому углу будет казаться, что полосы движутся. Если испытательная поверхность вогнутая, будет казаться, что полосы смещаются к центру. Если поверхность выпуклая, то полосы будут отходить от центра. Чтобы получить действительно точные показания поверхности, тест обычно следует проводить как минимум в двух разных направлениях. В качестве линий сетки полосы представляют собой лишь часть сетки, поэтому впадина, проходящая по поверхности, может отображаться как небольшой изгиб края, только если она проходит параллельно впадине. Однако если оптическую плоскость повернуть на 90 градусов и протестировать повторно, полосы будут проходить перпендикулярно впадине, и на полосах появится ряд V- или U-образных контуров. Путем тестирования в более чем одной ориентации можно составить лучшую карту поверхности. ^[9]

Долгосрочная стабильность

При разумном уходе и использовании оптические поверхности должны сохранять свою плоскостность в течение длительного периода времени. Поэтому в качестве материала изготовления часто используют твердые стекла с низкими коэффициентами теплового расширения, например кварцевые . Однако несколько лабораторных измерений при комнатной температуре оптических плоских кристаллов плавленого кварца показали движение, согласующееся с вязкостью материала порядка 10 ¹⁷ –10 ¹⁸ Па·с . ^[10] Это соответствует отклонению в несколько нанометров за период в десять лет. Поскольку плоскостность оптической плоскости зависит от плоскостности исходной испытательной плоскости, истинная (абсолютная) плоскостность на момент изготовления может быть определена только путем проведения интерферометрического испытания с использованием жидкой поверхности или путем выполнения «трехплоскость». test», в ходе которого интерференционные картины, создаваемые тремя плоскостями, анализируются на компьютере. Несколько проведенных испытаний показали, что на поверхности кварцевого стекла иногда возникают отклонения. Однако испытания показывают, что деформация может носить спорадический характер: за период испытаний деформируются только некоторые плоские детали, некоторые деформируются частично, а другие остаются прежними. Причина деформации неизвестна и никогда не будет видна человеческому глазу в течение жизни. (Плоская поверхность λ/4 имеет нормальное отклонение поверхности 158 нанометров, а плоская поверхность λ/20 имеет нормальное отклонение более 30 нм.) Эта деформация наблюдалась только в плавленом кварце, в то время как известково-натриевое стекло все еще демонстрирует вязкость 10 ⁴¹  Па·с, что на много порядков выше. ^[11]

Смотрите также

• Кольца Ньютона
• Оптическое контактное соединение
• Калибровочный блок , еще один тип компонента, предназначенный для обеспечения плоскостности.
  • Поверхностная пластина

Рекомендации

1. Английский, RE (1953). «Оптические квартиры». В Ингаллсе, Альберт Г. (ред.). Изготовление любительских телескопов, книга третья . Научный американец. стр. 156–162.
2. Метрология и измерения Bewoor - McGraw-Hill 2009, стр. 224–230.
3. Тестирование в оптическом цеху, проведенное Дэниелом Малакарой - John Wiley and Sons, 2009 г., стр. 10–12.
4. Метрология и измерения Bewoor - McGraw-Hill 2009, стр. 224–230.
5. «Информационная база оптики: Прикладная оптика - Измерения абсолютных фигур с помощью жидкостно-плоской эталонной модели» . Архивировано из оригинала 7 апреля 2015 г. Проверено 12 декабря 2013 г.
6. Справочник по оптической метрологии: принципы и приложения Тору Ёсидзавы – CRC Press 2003, стр. 426–428
7. «Информационная база по оптике: Прикладная оптика - трехплоскостной тест с пластинами в горизонтальном положении» . Архивировано из оригинала 18 декабря 2013 г. Проверено 17 декабря 2013 г.
8. Справочник инженеров по инструментам и производству, автор: У. К. Кабберли, Рамон Бакерджян - Общество инженеров-технологов, 1989 г., стр. 12-13.
9. Тестирование в оптическом магазине, проведенное Дэниелом Малакарой - John Wiley and Sons, 2009 г., стр. 5–9.
10. Ваннони, М.; Сордони, А.; Молезини, Г. (2011). «Время релаксации и вязкость кварцевого стекла при комнатной температуре». Европейский физический журнал E. 34 (9): 9–14. дои : 10.1140/epje/i2011-11092-9. PMID  21947892. S2CID  2246471.
11. Ваннони, Маурицио; Сордини, Андреа; Молезини, Джузеппе (март 2010 г.). «Долговременная деформация при комнатной температуре, наблюдаемая в плавленом кварце». Оптика Экспресс . 18 (5): 5114–5123. Бибкод : 2010OExpr..18.5114V. дои : 10.1364/OE.18.005114 . ПМИД  20389524.