Многолучевая интерференция

Изображена окулярная часть микроскопа с компенсатором. Необходимо заметить, что для успешной работы с компенсатором и наблюдения достаточно резких интерференционных полос надо до предела уменьшить апертурную диафрагму микроскопа.

За последнее время получил распространение метод многолучевой интерференции. Представим себе имеющую неровности поверхность, вблизи которой расположена плоская светоделительная граница. При освещении этой системы пучком света от монохроматического источника возникает явление интерференции при многократных отражениях света от одних и тех же элементов поверхности и вспомогательного разделительного слоя.

Для интерференции двух лучей (например, микроинтерферометр Линийка) распределение освещенности в интерференционной картине подчиняется закону, что соответствует синусоидальному распределению. Если же в образовании интерференционной картины участвует много лучей, для которых последовательно разность хода возрастает в зависимости от числа отражений, то распределение освещенности в значительной степени отличается от синусоидального и имеет вид кривой, где по оси х отложен порядок интерференции, а по оси у – относительная освещенность интерференционного поля.

Такое распределение может иметь место лишь тогда, когда коэффициенты отражения как разделительного слоя, так и исследуемой поверхности достаточно высоки. Вот почему для получения узких максимумов или минимумов (в зависимости от способа наблюдения) коэффициенты отражения должны быть не менее 90-95%.

Как видно, в зависимости от способа наблюдения (в отраженном или проходящем свете) интерференционные максимумы или соответственно минимумы по ширине значительно уже, чем расстояния между соседними интерференционными порядками.

Размеры источника света

Благодаря этому можно заметить визуально или зафиксировать фотографически значительно меньшие искривления или искажения интерференционных полос, вызванные малейшими неровностями на поверхности. Существенное влияние при наблюдении явления интерференции при многократных отражениях оказывают размеры источника света. Увеличение апертуры освещающего пучка вызывает размывание интерференционных максимумов, что в значительной степени может уменьшить преимущества многолучевой интерференции при конечном значении разности хода. Поэтому обычно приборы, работающие на принципе многолучевой интерференции, обладают малой апертурой.

Опыт показывает, что неровности высот порядка сотых, тысячных и даже иногда десятитысячных долей микрометра уже становятся заметными, если применить многократное отражение пучка в пространстве между двумя плоскостями. Интерференционные полосы, как уже было сказано, могут образоваться только в том случае, если две плоскости расположены под некоторым углом.

Поскольку воздушный промежуток между исследуемой и относительной (вспомогательной) поверхностями всегда имеет конечную величину, то при многократных отражениях всякий последующий отраженный пучок уже попадает не на тот же самый элемент неровности, а на соседний. В результате даже при достаточно малых углах наклона, но большом числе отражений и малых промежутках между плоскостями начинает появляться неопределенность, к какому элементу неровности или даже к какой неровности относятся искривления интерференционных полос, так как в зависимости от характера неровностей каждый последующий пучок приобретает другую разность хода, не кратную предыдущей.

Эта неопределенность создает предел возможной чувствительности метода.

Применение многократного отражения светового пучка

Таким образом, хотя чувствительность метода очень велика, намного выше, чем двухлучевой интерференции, но лишь в направлении глубин неровностей, и значительно ограничена в отношении определения их места расположения по полю. В соответствии с принципом неопределенности в оптике, высказанным Ингельштамом в работе, выигрыш в разрешающей способности по глубине неизбежно приводит к потере ее по полю.

Для применения многократного отражения светового пучка необходимо, чтобы все отраженные пучки попали в наблюдательную систему, так как только в этом случае они будут участвовать в интерференции, а для этого, в свою очередь, необходимо, чтобы угол клина был достаточно мал. Это возможно лишь в том случае, когда воздушные промежутки между светоделительным слоем и поверхностью малы и апертура объектива проектирующей и наблюдательной системы небольшая.

Следовательно, использование многолучевой интерференции дает определенные преимущества, но и не лишено недостатков. Оно особенно выгодно для изучения поверхностей, имеющих пологие неровности с большими шагами или неровности типа ступенек. К числу недостатков следует отнести сравнительно малую апертуру объектива и необходимость контакта разделительной пластинки с исследуемой поверхностью.