Исследование устойчивости интерферометра «PhSh-Лямбда» к воздействию внешних возмущающих факторов при контроле плоских крупногабаритных оптических элементов

Фандиенко И.Ю., Вишняков Г.Н., Минаев В.Л., Шумский Е.В., Минаев Р.В., Аринин И.А., Калянцев В.Н.

Ссылка для цитирования:

Фандиенко И.Ю., Вишняков Г.Н., Минаев В.Л., Шумский Е.В., Минаев Р.В., Аринин И.А., Калянцев В.Н. Исследование устойчивости интерферометра «PhShЛямбда» к воздействию внешних возмущающих факторов при контроле плоских крупногабаритных оптических элементов // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 10. С. 31–42. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-10-31-42

Fandienko I.Yu., Vishnyakov G.N., Minaev V.L., Shumsky E.V., Minaev R.V., Arinin I.A., Kalyantsev V.N. Study of the PhSh-Lambda interferometer’s resistance to external disturbances for testing large-scale flat optical elements [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 10. P. 31–42. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-10-31-42

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Интерференционный метод измерений отклонений от плоскостности оптических поверхностей крупногабаритных плоских оптических элементов на базе интерферометра «PhSh-Лямбда» и оценка эффективности алгоритмов обработки интерферограмм в условиях вибрационных и воздушных возмущений. Цель работы. Расширение возможностей интерферометра «PhSh-Лямбда» путём использования его в качестве базового приёмно-передающего блока для широкоапартурного неравноплечного интерферометра Тваймана–Грина при контроле крупногабаритных плоских оптических элементов диаметром до 600 мм. Разработка комплекса мер для уменьшения времени регистрации серии интерферограмм, повышения устойчивости интерферометра к воздействию внешних возмущающих факторов, таких как вибрация и воздушные потоки. Метод. Интерферометрия методом фазовых шагов, реализованных с помощью изменения длины волны лазерного излучения. Для восстановления фазовых изображений из интерферограмм использовались два алгоритма — итерационный и MTIA (Modified Three-step Iterative Algorithm — модифицированный трёхшаговый итерационный алгоритм), работающие с интерферограммами, полученными в условиях вибрации, и с изменениями контраста интерференционных полос. Измерения проводились в условиях различной степени защиты от внешних возмущений. Основные результаты. Показана возможность использования интерферометра «PhSh-Лямбда» в схеме широкоапертурного интерферометра, проведена оценка влияния вибраций и турбулентности окружающей среды на точность измерений. Показано, что использование алгоритма MTIA обеспечивает существенное повышение достоверности фазового восстановления, подтверждена корреляция результатов MTIA с методом восстановления фазового изображения на основе ручной скелетизации интерферограмм. Практическая значимость. Установка на базе интерферометра «PhSh-Лямбда» может применяться при производстве и поверке оптических деталей размерами до 600 мм. Применение алгоритма MTIA существенно улучшило качество фазового восстановления и повысило точность измерений отклонений от плоскостности по параметру PV в три раза, тем самым подтвердив эффективность работы алгоритма при измерениях в условиях реальных производственных возмущений, делая измерения менее чувствительными к вибрациям и температурным колебаниям окружающего воздуха.

Ключевые слова:

интерферометр Тваймана–Грина, фазовый сдвиг, крупногабаритная оптика, лазер с переменной длиной волны, юстировка

Коды OCIS: 120.3180, 120.3930, 120.3940, 120.4290, 120.4630, 120.5060

Список источников:

1. Deck L.L. Large-aperture, equal-path interferometer for precision measurements of flat transparent surfaces / Deck L.L., Peter J. de Groot, and James A. Soobitsky J.A. // Appl. Opt. 2014. V. 53. № 8. P. 1546–1553. DOI: 10.1364/AO.53.001546
2. Baisden P.A. Large optics for the national ignition facility / Baisden P.A., Atherton L.J., Hawley R.A., Land T.A., Menapace J.A., Miller P.E., Runkel M.J., Spaeth M.L., Stolz C.J., Suratwala T.I., Wegner P.J., Wong L. L. // Fusion science and technology. 2016. V. 69. P. 295–351. DOI:10.13182/FST15-143
3. Силин Д.Е. Устройство и характеристики 630-миллиметрового интерферометра фазового сдвига / Силин Д.Е., Кожеватов И.Е., Куликова Е.Х., Пигасин А.В., Сперанский С.Б., Бельков С.А., Деркач И.Н., Лобачев Д.И., Чернов И.Е. // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 3. С. 83–90. DOI: 10.1134/S0020441218020215
Silin D.E. Design and characteristics of a 630-mm phase-shift interferometer / Silin D.E., Kozhevatov I.E., Kulikova E.Kh., Pigasin A.V., Speransky S.B., Belkov S.A., Derkach I.N., Lobachev D.I., Chernov I.E. [in Russian] // Instruments and Experimental Techniques. 2018. № 3. P. 83–90. DOI: 10.1134/S0020441218020215
4. Goodwin E.P., Wyant J.C. Field guide to interferometric optical testing. Bellingham, Wash.: SPIE Press, 2006. 100 p.
5. Полещук А.Г., Хомутов В.Н., Маточкин А.Е., Насыров Р.К., Черкашин В.В. Лазерные интерферометры для контроля формы оптических поверхностей // Фотоника. 2016. № 4. С. 38–50. DOI:10.22184/1993-7296.2016.58.4.38.50
Poleshchuk A.G., Khomutov V.N., Matochkin A.E., Nasyrov R.K., Cherkashin V.V. Laser interferometers for optical surface testing // Photonics Russia. 2016. № 4. P. 38–50. DOI:10.22184/1993-7296.2016.58.4.38.50
6. Галактионов И.В., Никитин А.Н., Шелдакова Ю.В., Топоровский В.В., Абдулразак С.Х., Кудряшов А.В. Гартманометр и интерферометр Физо: сравнительный анализ устройств в задачах контроля качества оптических поверхностей // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 11. С. 43–53. DOI:10.17586/1023-5086-2024-91-11-43-53
Galaktionov I.V., Nikitin A.N., Sheldakova J.V., Toporovsky V.V., Abdulrazak S.Kh., Kudryashov A.V. Hartmannometer and Fizeau interferometer: Comparative analysis of the devices for optical surface test [in Russian] // Journal of Optical Technology. 2024. V. 91. № 11. P. 737–743. DOI:10.1364/JOT.91.000737
7. Вишняков Г.Н., Левин Г.Г., Минаев В.Л., Цельмина И.Ю. Интерферометр фазового сдвига для контроля плоских и сферических оптических деталей // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 5. С. 76–82.
Vishnyakov G.N., Levin G.G., Minaev V.L., Tselmina I.Yu. Phase-shifting interferometer for monitoring flat and spherical optical components [in Russian] // Journal of Optical Technology. 2013. V. 80. № 5. P. 316–320. DOI:10.1364/JOT.80.000316
8. Okada K. Interferometry by using a tunable laser diode // AIP Conference Proceedings. 1995. V. 342. P. 652–659. DOI:10.1063/1.48758
9. Ishii Y. Wavelength-tunable laser-diode interferometer // Optical Review. 1999. V. 6. № 4. P. 273–283. DOI: 10.1007/s10043-999-0273-3
10. Harikrishnan P., Naik D.N. Tunable wavelength laser surface profilometry through tilted interference // Measurement. 2025. V. 242. Article 115838. DOI:10.1016/j.measurement.2024.115838
11. Ishii Y., Onodera R., Takahashi T. Phase-shifting interferometric profilometry with a wide tunable laser source // Wide Scale 4D Optical Metrology. 2005. P. 405–410. DOI: 10.1007/3-540-29303-5_52
12. Новиков Д.А., Вишняков Г.Н., Золотаревский С.Ю. Измерительно-калибровочная установка на базе большепольной интерферометрии Физо // Метрология. 2012. № 12. С. 17–24.
Novikov D.A., Vishnyakov G.N., Zolotarevsky S.Yu. Measuring and calibration setup based on large-field Fizeau interferometry [in Russian] // Metrology. 2012. № 12. P. 17–24.
13. Wang Z., Han B. Advanced iterative algorithm for phase extraction of randomly phase-shifted interferograms // Optics Letters. 2004. V. 29. № 14. P. 1671–1673. DOI: 10.1364/OL.29.001671
14. Liu Q., Wang Y., He J., Ji F. Modified three-step iterative algorithm for phase-shifting interferometry in the presence of vibration // Applied Optics. 2015. V. 54. № 18. P. 5833–5841. DOI: 10.1364/AO.54.005833
15. Фандиенко И.Ю., Вишняков Г.Н., Минаев В.Л., Шумский Е.В., Минаев Р.В., Аринин И.А., Калянцев В.Н. Исследование устойчивости интерферометра «PhSh-Лямбда» к воздействию внешних возмущающих факторов при контроле плоских крупногабаритных оптических элементов // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 10. С. 31–42. DOI:10.17586/1023-5086-2026-93-10-31-42
Fandienko I.Yu., Vishnyakov G.N., Minaev V.L., Shumsky E.V., Minaev R.V., Arinin I.A., Kalyantsev V.N. Study of the PhSh-Lambda interferometer’s resistance to external disturbances for testing large-scale flat optical elements [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 10. P. 31–42. DOI:10.17586/1023-5086-2026-93-10-31-42
16. Joenathan C., Franze B., Haible P., Tiziani H.J. Speckle interferometry with temporal phase evaluation for measuring large-object deformation // Applied Optics. 1998. V. 37. № 13. P. 2608–2614. DOI: 10.1364/AO.37.002608