Pinnakvaliteet
Optilise pinna pinnakvaliteet kirjeldab selle kosmeetilist välimust ja sisaldab selliseid defekte nagu kriimustused ja lohud või süvendid.Enamikul juhtudel on need pinnadefektid puhtalt kosmeetilised ega mõjuta oluliselt süsteemi jõudlust, kuid võivad põhjustada väikese süsteemi läbilaskevõime vähenemise ja hajutatud valguse vähese suurenemise.Kuid teatud pinnad on nende mõjude suhtes tundlikumad, näiteks: (1) pinnad kujutise tasapinnal, kuna need defektid on fookuses ja (2) pinnad, mis näevad suurt võimsustaset, kuna need defektid võivad põhjustada suuremat energia neeldumist ja kahjustusi. optika.Kõige tavalisem pinnakvaliteedi spetsifikatsioon on MIL-PRF-13830B kirjeldatud scratch-dig spetsifikatsioon.Kriimustuste tähistus määratakse pinnale tekkinud kriimustuste võrdlemisel standardsete kriimustustega kontrollitud valgustuse tingimustes.Seetõttu ei kirjelda kriimustuse tähis tegelikku kriimustust ennast, vaid pigem võrdleb seda standardiseeritud kriimuga vastavalt MIL-Specile.Kaevamise tähistus on aga otseselt seotud kaevanduse või väikese süvendiga pinnases.Kaevamise tähistus arvutatakse kaevandi läbimõõdu mikronites jagatuna 10-ga. Scratch-dig spetsifikatsioone 80–50 peetakse tavaliselt standardkvaliteediks, 60–40 täppiskvaliteediks ja 20–10 suure täpsusega kvaliteediks.
| Tabel 6: Pinnakvaliteedi tootmistolerantsid | |
| Pinnakvaliteet (kraapimine-kaevamine) | Kvaliteediklass |
| 80-50 | Tüüpiline |
| 60-40 | Täpsus |
| 40-20 | Kõrge täpsus |
Pinna tasasus
Pinna tasasus on teatud tüüpi pinna täpsuse spetsifikatsioon, mis mõõdab tasase pinna (nt peegli, akna, prisma või plano-objektiivi) kõrvalekallet.Seda kõrvalekallet saab mõõta optilise tasapinnaga, mis on kvaliteetne ja väga täpne tasane võrdluspind, mida kasutatakse katsekeha tasasuse võrdlemiseks.Kui katseoptika tasane pind asetatakse vastu optilist tasapinda, tekivad narmad, mille kuju määrab kontrollitava optika pinna tasasuse.Kui narmad on ühtlaselt paigutatud, sirged ja paralleelsed, on katsetatav optiline pind vähemalt sama tasane kui võrdlusoptiline tasane.Kui narmad on kõverad, näitab narmaste arv kahe mõttelise joone vahel, millest üks puutub ääre keskpunktiga ja teine läbi selle sama narma otste, näitab tasasuse viga.Tasasuse hälbeid mõõdetakse sageli lainete (λ) väärtustega, mis on testitava allika lainepikkuse kordsed.Üks serv vastab ½ lainele, st 1 λ on võrdne 2 äärega.
| Tabel 7: Lameduse tootmistolerantsid | |
| Tasasus | Kvaliteediklass |
| 1λ | Tüüpiline |
| λ/4 | Täpsus |
| λ/10 | Kõrge täpsus |
Võimsus
Võimsus on teatud tüüpi pinna täpsuse spetsifikatsioon, mis kehtib kõverate optiliste pindade või võimsusega pindade kohta.See on kõveruse mõõtmine optika pinnal ja erineb kõverusraadiusest selle poolest, et see kehtib läätse sfäärilise kuju mikroskaala kõrvalekalde kohta.Näiteks arvestage, et kõverusraadiuse tolerants on 100 +/-0,1 mm, kui see raadius on genereeritud, poleeritud ja mõõdetud, leiame selle tegeliku kumeruse 99,95 mm, mis jääb kindlaksmääratud mehaanilise tolerantsi piiridesse.Sel juhul teame, et ka fookuskaugus on õige, kuna oleme saavutanud õige sfäärilise kuju.Kuid see, et raadius ja fookuskaugus on õiged, ei tähenda, et objektiiv toimiks nii, nagu on ette nähtud.Seetõttu ei piisa lihtsalt kõverusraadiuse määratlemisest, vaid ka kõveruse järjepidevusest – ja just seda võimsust on ette nähtud juhtida.Kasutades jällegi sama ülalmainitud 99,95 mm raadiust, võib optik soovida murdunud valguse täpsust veelgi reguleerida, piirates võimsust väärtusega ≤ 1 λ.See tähendab, et kogu läbimõõdu ulatuses ei saa sfäärilise kuju konsistentsis olla suuremat kõrvalekallet kui 632,8 nm (1λ = 632,8 nm).Selle rangema kontrollitaseme lisamine pinnavormile aitab tagada, et valguskiired objektiivi ühel küljel ei murduks teisiti kui teisel küljel.Kuna eesmärgiks võib olla kogu langeva valguse täpne fookus, siis mida ühtlasem on kuju, seda täpsemalt valgus läätse läbimisel käitub.
Optikud määravad võimsusvea lainete või äärealadena ja mõõdavad seda interferomeetriga.Seda testitakse sarnaselt tasapinnaga, kuna kõverat pinda võrreldakse kõrgelt kalibreeritud kõverusraadiusega võrdluspinnaga.Kasutades sama interferentsi põhimõtet, mis on põhjustatud kahe pinna vahelistest õhuvahedest, kasutatakse interferentsi narmaste mustrit kirjeldamaks katsepinna kõrvalekallet võrdluspinnast (joonis 11).Võrdlusest kõrvalekaldumine loob rõngaste seeria, mida nimetatakse Newtoni rõngasteks.Mida rohkem rõngaid on, seda suurem on kõrvalekalle.Tumedate või heledate rõngaste arv, mitte valguse ja pimeduse summa, vastab kahekordsele vealainete arvule.
Joonis 11: Toiteviga testitud võrdluspinnaga või interferomeetriga võrreldes
Võimsusviga on seotud kõverusraadiuse veaga järgmise võrrandi abil, kus ∆R on raadiuse viga, D on läätse läbimõõt, R on pinna raadius ja λ on lainepikkus (tavaliselt 632,8 nm):
Toiteviga [lained või λ] = ∆R D²/8R²λ
Joonis 12: Toiteviga diameetri ja raadiuse üle keskel
Ebakorrapärasus
Ebakorrapärasus võtab arvesse optilise pinna väikesemahulisi erinevusi.Nagu võimsust, mõõdetakse seda lainete või äärealadena ja iseloomustatakse interferomeetriga.Kontseptuaalselt on ebakorrapärasust kõige lihtsam pidada spetsifikatsiooniks, mis määrab, kui ühtlaselt sile peab optiline pind olema.Kui optilise pinna üldised mõõdetud piigid ja orud võivad ühes piirkonnas olla väga ühtlased, võib optika eri osal olla palju suurem kõrvalekalle.Sellisel juhul võib läätse poolt murdunud valgus käituda erinevalt olenevalt sellest, kus seda optika murdub.Seetõttu on objektiivide kujundamisel oluline tähelepanu pöörata ebakorrapärasusele.Järgmine joonis näitab, kuidas seda pinnavormi kõrvalekallet täiuslikult sfäärilisest saab iseloomustada ebakorrapärasuse PV spetsifikatsiooni abil.
Joonis 13: Ebakorrapärasuse PV mõõtmine
Ebakorrapärasus on teatud tüüpi pinna täpsuse spetsifikatsioon, mis kirjeldab, kuidas pinna kuju erineb võrdluspinna kujust.See saadakse võimsusega samast mõõtmisest.Korrapärasus viitab ümmarguste narmaste sfäärilisusele, mis moodustub katsepinna võrdlusest võrdluspinnaga.Kui pinna võimsus on rohkem kui 5 narmast, on raske tuvastada väiksemaid ebatasasusi, mis on väiksemad kui 1 narmas.Seetõttu on tavaline tava määrata pinnad, mille võimsuse ja ebakorrapärasuse suhe on ligikaudu 5:1.
Joonis 14: Tasasus vs võimsus vs ebakorrapärasus
RMS salmid PV võimsus ja ebakorrapärasus
Võimu ja ebakorrapärasuse üle arutledes on oluline eristada kahte meetodit, mille abil neid saab määratleda.Esimene on absoluutväärtus.Näiteks kui optika on defineeritud kui 1 laine ebakorrapärasus, ei saa optilise pinna kõrgeima ja madalaima punkti või tipust oruni (PV) olla rohkem kui 1 laine erinevus.Teine meetod on määrata võimsus või ebakorrapärasus 1 laine RMS (root mean squared) või keskmisena.Selles tõlgenduses võib optilisel pinnal, mis on määratletud kui 1 laine RMS ebaregulaarne, tegelikult olla tipud ja orud, mis on suuremad kui 1 laine, kuid kogu pinna uurimisel peab üldine keskmine ebakorrapärasus jääma 1 laine piiresse.
Kokkuvõttes on RMS ja PV mõlemad meetodid kirjeldamaks, kui hästi objekti kuju vastab selle kavandatud kõverusele, mida nimetatakse vastavalt "pinnakujuks" ja "pinna kareduseks".Mõlemad on arvutatud samade andmete, näiteks interferomeetri mõõtmise põhjal, kuid tähendused on üsna erinevad.PV on hea, et anda pinnale "halvim stsenaarium";RMS on meetod pinnafiguuri keskmise hälbe kirjeldamiseks soovitud või võrdluspinnast.RMS on hea pinna üldise variatsiooni kirjeldamiseks.PV ja RMS vahel ei ole lihtsat seost.Üldreeglina on aga RMS väärtus ligikaudu 0,2 sama range kui mittekeskmine väärtus, kui võrrelda kõrvuti, st 0,1 laine ebaregulaarne PV võrdub ligikaudu 0,5 laine RMS-iga.
Pinnaviimistlus
Pinnaviimistlus, tuntud ka kui pinnakaredus, mõõdab pinna väikesemahulisi ebatasasusi.Tavaliselt on need poleerimisprotsessi ja materjalitüübi kahetsusväärne kõrvalsaadus.Isegi kui optikat peetakse erakordselt siledaks ja pinna ulatuses on vähe ebakorrapärasusi, võib tegelik mikroskoopiline uurimine paljastada pinna tekstuuris palju erinevusi.Selle artefakti hea analoogia on pinna kareduse võrdlemine liivapaberi teraga.Kuigi kõige peenem tera suurus võib katsudes tunduda sile ja korrapärane, koosneb pind tegelikult mikroskoopilistest tippudest ja orgudest, mis on määratud tera enda füüsilise suuruse järgi.Optika puhul võib “teralisust” käsitleda kui mikroskoopilisi ebatasasusi pinna tekstuuris, mis on põhjustatud poleerimisvahendi kvaliteedist.Karedad pinnad kipuvad kuluma kiiremini kui siledad pinnad ja ei pruugi olla sobilikud mõneks rakenduseks, eriti laseri või tugeva kuumuse korral, kuna need võivad tekkida väikeste pragude või puuduste korral.
Erinevalt võimsusest ja ebakorrapärasusest, mida mõõdetakse lainetena või laineosades, mõõdetakse pinnakaredust, mis on tingitud pinna tekstuurile äärmuslikust lähivaates, angströmi skaalal ja alati RMS-i järgi.Võrdluseks, ühe nanomeetri võrdumiseks kulub kümme angströmit ja ühe laine võrdumiseks 632,8 nanomeetrit.
Joonis 15: Pinna kareduse RMS mõõtmine
| Tabel 8: Pinnaviimistluse tootmistolerantsid | |
| Pinna karedus (RMS) | Kvaliteediklass |
| 50Å | Tüüpiline |
| 20Å | Täpsus |
| 5Å | Kõrge täpsus |
Edastatud lainefrondi viga
Edastatud lainefrondi viga (TWE) kasutatakse optiliste elementide toimivuse kvalifitseerimiseks valguse läbimisel.Erinevalt pinnavormi mõõtmistest hõlmavad edastatud lainefrondi mõõtmised esi- ja tagapinna vigu, kiilu ja materjali homogeensust.See üldise jõudluse mõõdik võimaldab paremini mõista optika tegelikku jõudlust.
Kuigi paljusid optilisi komponente testitakse pinnavormi või TWE spetsifikatsioonide suhtes eraldi, on need komponendid paratamatult sisse ehitatud keerukamatesse optilistesse sõlmedesse, millel on oma jõudlusnõuded.Mõnes rakenduses on lõpliku jõudluse ennustamiseks vastuvõetav tugineda komponentide mõõtmisele ja tolerantsusele, kuid nõudlikumate rakenduste puhul on oluline mõõta koostu ehitatud kujul.
TWE mõõtmisi kasutatakse selleks, et kinnitada, et optiline süsteem on ehitatud vastavalt spetsifikatsioonidele ja töötab ootuspäraselt.Lisaks saab TWE mõõtmisi kasutada süsteemide aktiivseks joondamiseks, vähendades kokkupanekuaega, tagades samal ajal oodatud jõudluse.
Paralight Optics sisaldab tipptasemel CNC-lihvijaid ja poleerimismasinaid nii standardsete sfääriliste kujundite kui ka asfääriliste ja vabakujuliste kontuuride jaoks.Täiustatud metroloogia, sealhulgas Zygo interferomeetrid, profilomeetrid, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric jne kasutamine nii protsessisiseseks metroloogiaks kui ka lõppkontrolliks, samuti meie aastatepikkune optika valmistamise ja katmise kogemus võimaldab meil lahendada mõningaid kõige keerukamaid ja suure jõudlusega optika, mis vastab klientide nõutavatele optilistele spetsifikatsioonidele.
Põhjalikuma spetsifikatsiooni saamiseks vaadake meie kataloogi optikat või esiletoodud tooteid.
Postitusaeg: 26. aprill 2023