Kakovost površine
Kakovost površine optične površine opisuje njen kozmetični videz in vključuje napake, kot so praske in jamice ali izbokline.V večini primerov so te površinske napake zgolj kozmetične in ne vplivajo bistveno na delovanje sistema, lahko pa povzročijo majhno izgubo prepustnosti sistema in majhno povečanje razpršene svetlobe.Vendar pa so nekatere površine bolj občutljive na te učinke, kot so: (1) površine na slikovnih ravninah, ker so te napake v fokusu, in (2) površine, ki vidijo visoke ravni moči, ker lahko te napake povzročijo povečano absorpcijo energije in poškodbe optika.Najpogostejša specifikacija, ki se uporablja za kakovost površine, je specifikacija scratch-dig, ki jo opisuje MIL-PRF-13830B.Oznaka praske se določi s primerjavo prask na površini z nizom standardnih prask v pogojih nadzorovane svetlobe.Zato oznaka praske ne opisuje dejanske praske same, temveč jo primerja s standardizirano prasko v skladu z MIL-Spec.Oznaka izkopa pa se neposredno nanaša na izkop ali majhno jamo na površini.Oznaka izkopa se izračuna na podlagi premera izkopa v mikronih, deljenega z 10. Specifikacije izkopavanja prask 80–50 običajno veljajo za standardno kakovost, 60–40 za natančno kakovost in 20–10 za visoko natančnost.
| Tabela 6: Proizvodna toleranca za kakovost površine | |
| Kakovost površine (scratch-dig) | Kakovostni razred |
| 80-50 | Tipično |
| 60-40 | Natančnost |
| 40-20 | Visoka natančnost |
Ravnost površine
Ravnost površine je vrsta specifikacije natančnosti površine, ki meri odstopanje ravne površine, kot je zrcalo, okno, prizma ali ravna leča.To odstopanje je mogoče izmeriti z optično ploščo, ki je visokokakovostna, zelo natančna ravna referenčna površina, ki se uporablja za primerjavo ravnosti preskušanca.Ko je ravna površina preskusne optike postavljena ob optično ploščo, se pojavijo robovi, katerih oblika narekuje ravnost površine pregledovane optike.Če so robovi enakomerno razporejeni, ravni in vzporedni, je preskušana optična površina vsaj tako ravna kot referenčna optična ploskev.Če so obrobe ukrivljene, število obrob med dvema namišljenima črtama, eno tangentno na sredino obrobe in eno skozi konca iste obrobe, kaže napako ravnosti.Odstopanja ravnosti se pogosto merijo v vrednostih valov (λ), ki so večkratniki valovne dolžine preskusnega vira.Ena obroba ustreza ½ vala, tj. 1 λ ustreza 2 obrobama.
| Tabela 7: Proizvodna toleranca za ravnost | |
| Ravnost | Kakovostni razred |
| 1λ | Tipično |
| λ/4 | Natančnost |
| λ/10 | Visoka natančnost |
Moč
Moč je vrsta specifikacije površinske natančnosti, ki velja za ukrivljene optične površine ali površine z močjo.Je meritev ukrivljenosti na površini optike in se od polmera ukrivljenosti razlikuje po tem, da se nanaša na odstopanje na mikro lestvici v sferični obliki leče.Na primer, upoštevajte, da je toleranca polmera ukrivljenosti definirana kot 100 +/-0,1 mm, ko je ta polmer ustvarjen, poliran in izmerjen, ugotovimo, da je njegova dejanska ukrivljenost 99,95 mm, kar spada v določeno mehansko toleranco.V tem primeru vemo, da je tudi goriščna razdalja pravilna, saj smo dosegli pravilno sferično obliko.Toda samo zato, ker sta polmer in goriščna razdalja pravilna, še ne pomeni, da bo leča delovala, kot je bilo načrtovano.Zato ni dovolj samo določiti radij ukrivljenosti, ampak tudi doslednost ukrivljenosti – in ravno to je tisto, za kar je moč zasnovana za nadzor.S ponovno uporabo istega polmera 99,95 mm, kot je omenjen zgoraj, bo optik morda želel dodatno nadzorovati natančnost lomljene svetlobe z omejitvijo moči na ≤ 1 λ.To pomeni, da v celotnem premeru ne more biti večjega odstopanja od 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) v konsistenci sferične oblike.Dodajanje te strožje ravni nadzora obliki površine pomaga zagotoviti, da se svetlobni žarki na eni strani leče ne lomijo drugače kot žarki na drugi strani.Ker je cilj morda doseči natančno ostrenje vse vpadne svetlobe, bolj dosledna kot je oblika, bolj natančno se bo svetloba obnašala, ko prehaja skozi lečo.
Optiki določijo napako moči v smislu valov ali obrob in jo izmerijo z interferometrom.Preizkuša se na podoben način kot ravnost, tako da se ukrivljena površina primerja z referenčno površino z visoko kalibriranim polmerom ukrivljenosti.Z uporabo istega principa interference, ki jo povzročajo zračne reže med obema površinama, se interferenčni vzorec robov uporablja za opis odstopanja preskusne površine od referenčne površine (slika 11).Odstopanje od referenčnega kosa bo ustvarilo niz prstanov, znanih kot Newtonovi prstani.Več kot je prisotnih obročev, večje je odstopanje.Število temnih ali svetlih obročev, ne vsota svetlih in temnih, ustreza dvakratnemu številu valov napake.
Slika 11: Napaka moči, preizkušena s primerjavo z referenčno površino ali z uporabo interferometra
Napaka moči je povezana z napako polmera ukrivljenosti z naslednjo enačbo, kjer je ∆R napaka polmera, D premer leče, R površinski polmer in λ valovna dolžina (običajno 632,8 nm):
Napaka moči [valovi ali λ] = ∆R D²/8R²λ
Slika 12: Napaka moči glede na premer v primerjavi z napako polmera v središču
Nepravilnost
Nepravilnost upošteva variacije majhnega obsega na optični površini.Tako kot moč se meri z valovi ali obrobami in karakterizira z interferometrom.Konceptualno je najlažje razmišljati o nepravilnosti kot o specifikaciji, ki določa, kako enakomerno gladka mora biti optična površina.Medtem ko so lahko celotni izmerjeni vrhovi in vdolbine na optični površini zelo dosledni na enem območju, lahko drug del optike kaže veliko večje odstopanje.V tem primeru se lahko svetloba, ki jo lomi leča, obnaša drugače, odvisno od tega, kje jo lomi optika.Nepravilnost je torej pomemben dejavnik pri oblikovanju leč.Naslednja slika prikazuje, kako je mogoče to odstopanje oblike površine od popolnoma sferične označiti z uporabo specifikacije PV nepravilnosti.
Slika 13: Merjenje PV nepravilnosti
Nepravilnost je vrsta specifikacije točnosti površine, ki opisuje, kako oblika površine odstopa od oblike referenčne površine.Dobi se iz iste meritve kot moč.Pravilnost se nanaša na sferičnost krožnih robov, ki nastanejo pri primerjavi preskusne površine z referenčno površino.Ko je moč površine večja od 5 robov, je težko zaznati majhne nepravilnosti, manjše od 1 roba.Zato je običajna praksa določiti površine z razmerjem med močjo in nepravilnostjo približno 5:1.
Slika 14: Ravnost v primerjavi z močjo v primerjavi z nepravilnostjo
RMS verzi PV moč in nepravilnost
Ko razpravljamo o moči in nepravilnosti, je pomembno razločiti dve metodi, s katerimi ju je mogoče opredeliti.Prva je absolutna vrednost.Na primer, če je optika definirana kot ena valovna nepravilnost, ne more biti več kot 1 valovna razlika med najvišjo in najnižjo točko na optični površini ali od vrha do doline (PV).Druga metoda je določitev moči ali nepravilnosti kot RMS 1 vala (kvadratna kvadratna vrednost) ali povprečja.V tej razlagi ima lahko optična površina, opredeljena kot 1-valovna RMS nepravilna, dejansko vrhove in vdolbine, ki presegajo 1 val, vendar pa mora pri pregledu celotne površine skupna povprečna nepravilnost spadati v 1 val.
Skratka, RMS in PV sta metodi za opisovanje, kako dobro se oblika predmeta ujema z njegovo načrtovano ukrivljenostjo, imenovano "površinska slika" oziroma "hrapavost površine".Oba sta izračunana iz istih podatkov, kot je meritev interferometra, vendar sta pomena precej različna.PV je dober pri zagotavljanju "najslabšega možnega scenarija" za površino;RMS je metoda za opis povprečnega odstopanja ploskev od želene ali referenčne ploskve.RMS je dober za opis celotne variacije površine.Med PV in RMS ni enostavnega razmerja.Vendar pa je splošno pravilo, da je RMS vrednost približno 0,2 tako stroga kot nepovprečna vrednost, če jo primerjamo ena ob drugi, tj. 0,1-valovna nepravilna PV je enakovredna približno 0,5-valovnemu RMS.
Površinska obdelava
Površinska obdelava, znana tudi kot površinska hrapavost, meri majhne nepravilnosti na površini.Običajno so neposrečen stranski produkt postopka poliranja in vrste materiala.Tudi če se zdi, da je optika izjemno gladka z majhnimi nepravilnostmi po površini, lahko dejanska mikroskopska preiskava pri pregledu od blizu razkrije veliko variacij v teksturi površine.Dobra analogija tega artefakta je primerjava hrapavosti površine z zrnom brusnega papirja.Čeprav je zrna najfinejše velikosti na dotik videti gladka in pravilna, je površina dejansko sestavljena iz mikroskopskih vrhov in vdolbin, ki jih določa fizična velikost samega zrna.V primeru optike lahko "zrnatost" razumemo kot mikroskopske nepravilnosti v teksturi površine, ki jih povzroča kakovost loščila.Hrapave površine se obrabijo hitreje kot gladke in morda niso primerne za nekatere aplikacije, zlasti tiste z laserji ali močno vročino, zaradi možnih mest nukleacije, ki se lahko pojavijo v majhnih razpokah ali nepopolnostih.
Za razliko od moči in nepravilnosti, ki se merita v valovih ali delih vala, se površinska hrapavost zaradi izjemne osredotočenosti od blizu na teksturo površine meri na lestvici angstromov in vedno v smislu RMS.Za primerjavo, za en nanometer potrebuje deset angstromov, za en val pa 632,8 nanometra.
Slika 15: Meritev RMS hrapavosti površine
| Tabela 8: Proizvodna toleranca za površinsko obdelavo | |
| Površinska hrapavost (RMS) | Kakovostni razred |
| 50Å | Tipično |
| 20Å | Natančnost |
| 5Å | Visoka natančnost |
Prenesena napaka valovne fronte
Prenesena napaka valovne fronte (TWE) se uporablja za opredelitev delovanja optičnih elementov pri prehodu svetlobe.Za razliko od meritev oblike površine, meritve oddane valovne fronte vključujejo napake sprednje in zadnje površine, klina in homogenosti materiala.Ta metrika celotne zmogljivosti omogoča boljše razumevanje delovanja optike v resničnem svetu.
Medtem ko se številne optične komponente testirajo posamezno za obliko površine ali specifikacije TWE, so te komponente neizogibno vgrajene v bolj zapletene optične sklope z lastnimi zahtevami glede zmogljivosti.V nekaterih aplikacijah se je sprejemljivo zanašati na meritve komponent in tolerance za napovedovanje končne zmogljivosti, vendar je za zahtevnejše aplikacije pomembno izmeriti sestav, kot je vgrajen.
Meritve TWE se uporabljajo za potrditev, da je optični sistem izdelan po specifikaciji in bo deloval po pričakovanjih.Poleg tega je mogoče meritve TWE uporabiti za aktivno poravnavo sistemov, kar skrajša čas sestavljanja, hkrati pa zagotovi, da je dosežena pričakovana zmogljivost.
Paralight Optics vključuje najsodobnejše CNC brusilnike in polirnike, tako za standardne sferične oblike kot tudi asferične in proste oblike.Uporaba naprednega meroslovja, vključno z interferometri Zygo, profilometri, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric itd., tako za meroslovje med procesom kot za končno kontrolo, kot tudi naše dolgoletne izkušnje na področju optične izdelave in premazov nam omogočajo, da se spoprimemo z nekaterimi najbolj zapletenimi in visoko zmogljiva optika za izpolnjevanje zahtevanih optičnih specifikacij strank.
Za bolj poglobljene specifikacije si oglejte naš katalog optike ali predstavljenih izdelkov.
Čas objave: 26. aprila 2023