§ 10. Исследование изменений рельефа поверхности диффузного объекта

Рассмотрим отражающую полированную поверхность, имеющую отклонения от плоской. Известно, что в классической интерферометрии отклонения поверхности от плоской можно легко наблюдать методом сдвига. При таком методе волна, отражаемая исследуемой поверхностью, расщепляется в интерферометре на две когерентные волны, которые смещаются в поперечном направлении одна относительно другой. Благодаря интерференции этих волн и наблюдают отклонения поверхности отражающего объекта от плоскостности. Такой метод непригоден в случае диффузных объектов из-за отсутствия корреляции между двумя любыми участками одной и той же спекл-структуры. Но его можно использовать, если ограничиться выявлением изменений неплоскостности диффузного объекта, который подвергается деформациям.

Рассмотрим диффузный объект А (рис. 111). Усредненная по микрорельефу поверхность данного объекта — это две плоскости образующие угол Допустим, что вызванная некоторым воздействием деформация объекта состоит просто в изменении угла Объектив О создает на

фотопластинке изображение А объекта А. Предположим также, что в схеме интерферометра, не показанной на рис. 111, получают два смещенных изображения объекта А в плоскости Эти два изображения представлены на рис. 112, где смещение и расстояние между двумя волнами (разность хода, создаваемая интерферометром) сильно преувеличены. На участке разность хода между средними плоскостями равна А. Эта разность хода флюктуирует вследствие шероховатости поверхности.

Рис. 111. Определение изменений наклона поверхности диффузного объекта

На участке разность хода между средними плоскостями равна где величина расщепления (в случае, изображенном на рис. 112, нужно взять знак плюс). На участке изображения наблюдаемая спекл-структура обусловлена интерференцией между двумя изображениями при флюктуирующей разности хода На участке же с наклоном 0, т. е. на участке наблюдаемая спекл-структура возникает как результат интерференции двух изображений при флюктуирующей разности хода Зарегистрируем на фотопластинке изображение диффузного объекта. Предположим, что перед второй экспозицией угол по какой-либо причине принял другое значение 0, так что его изменение равно Сделаем теперь вторую экспозицию, сместив предварительно фотопластинку на небольшую величину На участке изображения, соответствующем мы получим две идентичные спекл-структуры, сдвинутые одна относительно другой на величину На участке изображения, соответствующем вследствие изменения разности хода на величину суммарная спекл-структура не будет больше иметь корреляции со спекл-структурой,

зарегистрированной на этом же участке при первой экспозиции. Как обычно, после проявления полученный негатив наблюдаем в схеме рис. 94. Щель, помещенная в фокальной плоскости объектива позволяет устранить интерференционные полосы, образованные участком который не перемещался. Однако свет от участка который не дает интерференционных полос вследствие декорреляции спекл-структур, зарегистрированных за две экспозиции, не экранируется.

Рис. 112. Изменение разности хода в результате расщепления (раздвоения) изображения в интерферометре на величину

Рис. 113. Схема с интерферометром Майкельсона для расщепления изображения.

Благодаря этому в изображении негатива видны лишь участки, в которых наклон изменился. Темные области отображают участки с неизменным наклоном.

Для расщепления изображений на величину можно использовать интерферометр Майкельсона, в котором слегка изменен наклон одного из зеркал [144] В схеме, приведенной на рис. 113, именно зеркало было наклонено на угол а, благодаря чему расщепление изображений равно где расстояние от объектива О до плоскости изображения А.

Был применен и другой тип интерферометра для расщепления изображений: интерферометр Даффи (рис. 96) с двумя стеклянными плоскопараллельными пластинками перед двумя отверстиями диафрагмы [116].

Изменяя немного ориентацию одной из двух пластинок или (рис. 114), можно в плоскости изображения А получить два изображения, смещенные по отношению друг к другу.

Рис. 114. Схема с плоскопараллельными стеклянными пластинами (для расщепления изображения), помещаемыми перед двумя отверстиями в экране.

Взяв диафрагму не с двумя, а с четырьмя отверстиями (без пластинок), как показано на рис. 115, можно обеспечить поперечное смещение изображений в двух взаимно перпендикулярных направлениях [116], если немного дефокусировать изображение на фотопластинке, на которой оно регистрируется. Тем самым можно получить две составляющие изменений наклона в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Рис. 115. Диафрагма с четырьмя отверстиями для наблюдения изменений рельефа поверхности в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Рис. 116. Схема с двулучепреломляющей пластинкой для расщепления изображения.

Можно также взять в качестве интерферометра одну двулучепреломляющую пластинку, вырезанную под углом 45° к оптической оси кристалла. Спроектируем изображение диффузного объекта А на фотопластинку при помощи объектива О (рис. 116). Плоскопараллельная двулучепреломляющая пластинка помещается либо перед объективом, либо за ним. Она создает в плоскости два смещенных изображения. Пластинку следует помещать между двумя поляризаторами (не показанными на рис. 116), чтобы два изображения в плоскости были когерентны между собой. Такой интерферометр прост и исключительно стабилен.