§ 4. Определение шероховатости в реапьном времени по корреляции между амплитудами спекп-структур, соответствующих двум ориентациям лазерного пучка [147]

В предыдущем случае шероховатость оценивалась путем измерения корреляции интенсивности двух спекл-структур. Однако измерение можно производить в реальном времени, если заменить корреляцию по интенсивности корреляцией амплитуд. В этом случае исследуемая поверхность освещается двумя плоскими волнами, идущими от одного лазера (так что они когерентны). Падающий на поверхносгь пучок расщепляется с помощью интерферометра, схематически показанного на рис. 132 в виде полупрозрачной пластинки и зеркала Углу падения 6 соответствует спекл-структура которую можно видеть в направлении 0. Углу же падения соответствует другая спекл-структура которая получается из путем поворота на и которая имеет с ней определенную степень корреляции. Можно написать

Чтобы измерить корреляцию спекл-структур т. е. измерить корреляцию, связанную с шероховатостью поверхности, следует наложить спекл-структуры друг на друга с помощью двухлучевого интерферометра. Тогда схема Эксперимента рринимает вид, доказанный на рис. 133, где

оба интерферометра можно взять для удобства одинаковыми. Можно использовать, например, два интерферометра Майкельсона, один из которых не должен быть отъюстирован на нулевую разность хода на выходе, чтобы две спекл-структуры были смещены в продольном направлении, как это показано на рис. 133. Тогда в фокусе объектива О мы увидим кольца, контраст которых будет зависеть от степени корреляции спекл-структур т. е. от шероховатости исследуемой поверхности.

Рис. 132. Регистрация двух когерентных спекл-структур, соответствующих двум разным углам падения освещающего пучка.

Рис. 133. Схема с двумя интерферометрами Майкельсона для измерения шероховатости поверхности в реальном времени.

Можно показать, что в случае достаточно шероховатых металлических поверхностей контраст интерференционных полос описывается выражением

которое почти не отличается от формулы (9.2). Для обеспечения большего количества света и облегчения юстировки схемы, желательно (хотя и не обязательно) выбирать Если мы отъюстируем интерферометр на нулевую разность хода, то в фокусе получим однородный фон. Поместив в эту плоскость фотоприемник и модулируя с помощью какого-либо устройства разность фаз между пучками, мы будем модулировать интенсивность света в плоскости Амплитуда модуляции сигнала, вырабатываемого фотоприемником, даст ту же информацию, что и контраст интерференционных полос.

В случае когда углы фиксированы, мы можем заменить два интерферометра Майкельсона двумя призмами

Волластона, что даст нам очень стабильное и практически ценное устройство. На рис. 134 схематически показана его схема. Объектив проецирует интерференционные полосы, образуемые призмой Волластона на исследуемую поверхность Объектив проецирует эти полосы на призму Волластона таким образом, чтобы осуществлялась компенсация двоения обеих призм Волластона, находящихся между поляризаторами

Рис. 134. Схема с призмами Волластона для измерения шероховатости поверхности в реальном времени.

Исходя из этого, ясно, что два луча, расщепленные призмой Волластона и имеющие ортогональную поляризацию, будут снова совмещены после прохождения через призму Волластона Сместим немного призму Волластона вдоль оси. Тогда в фокальной плоскости объектива расположенного за призмой Волластона мы увидим прямолинейные и параллельные интерференционные полосы, контраст которых, как и в предыдущих случаях, связан с шероховатостью поверхности Вместо смещения призмы Волластона для выявления интерференционных полос мы можем сохранить полную компенсацию лучей. В этом случае в фокальной плоскости будет однородное поле, и, модулируя каким-либо образом разность фаз между двумя лучами, имеющими ортогональную поляризацию, мы сможем модулировать интенсивность света в плоскости Помещенный в эту плоскость фотоприемник позволит измерить амплитуду модуляции, которая даст нам ту же информацию, что и контраст интерференционных полос в предыдущем случае.

Деполяризация света при отражении от шероховатых металлических поверхностей, шероховатость которых лежит

в обычных для практики пределах, достаточно слаба и не мешает измерениям. Разумеется, такое устройство непригодно для измерения шероховатости поверхностей, которые полностью деполяризуют падающий на них свет.