Анализ погрешностей метода динамической интерферометрии при контроле локальных поверхностных неоднородностей нанометрового уровня профилей оптических деталей (2022)
Разработан, научно обоснован и экспериментально подтверждён метод динамической интерферометрии контроля локальных отклонений нанометрового уровня поверхностей оптических деталей от заданного профиля на основе алгоритма расчёта целевой функции – спектральной плотности одномерной корреляционной функции (СПКФ1 от англ. PSD (Power Spectral Density One Dimension)). Представлены теоретические и экспериментальные исследования, посвящённые определению среднего квадратического отклонения (СКО) локальных отклонений поверхностей оптических деталей диаметром до 100 мм и до 1000 мм, с учётом неисключённой систематической и случайной составляющих погрешностей определения целевой функции.
The method of dynamic interferometry for monitoring local deviations of the nanometer level of the surfaces of optical parts from a given profile has been developed, scientifically substantiated and experimentally confirmed, based on the algorithm for calculating the objective function - the spectral density of one-dimensional correlation function (PSCF1 from English. PSD (Power Spectral Density One Dimension)). Theoretical and experimental studies are presented on the determination of the standard deviation (RMSD) of local deviations of the surfaces of optical parts with a diameter of up to 100 mm and up to 1000 mm, taking into account the non-excluded systematic and random components of the errors in determining the objective function.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2022-10-1-71-89
- eLIBRARY ID
- 48049886
Таким образом, разработанный метод динамической интерферометрии контроля неоднородностей искажений волновых фронтов для плоских оптических элементов, позволил в лабораторных и производственных условиях с высокой точностью определить наличие и размер неоднородностей в частотных диапазонах I, II, для которых значения СКО составили: для диаметра 100 мм – 18,570; 4,341 нм, соответственно, а для диаметра 1000 мм – 31,77; 5,26 нм, соответственно. Достигнутая при оптимизации целевой функции величина максимальной неисключённой систематической погрешности алгоритма для первого и второго частотных диапазонов (см. табл. 1) составила величину порядка 2 %, что вполне удовлетворяет указанным в табл. 1 точностным требованиям.
Разработанный алгоритм приведения к одномерному виду спектральной плотности корреляционной функции и её цифровой обработки позволил выдвинуть критерии, определяющие как систематическую погрешность интерференционного стенда, так и статистических показателей профилей контролируемых изделий.
Список литературы
- Абдулкадыров М. А., Добриков Н. С., Патрикеев А. П., Патрикеев В. Е., Семенов А. П. // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 12. С. 6.
- Абдулкадыров М. A., Семенов А. // Фотоника. 2015. № 3. С. 62.
- Денисов Д. Г. Разработка методов и аппаратуры лазерного интерференционного контроля формы и качества оптических поверхностей крупногабаритных зеркал на стадиях шлифования. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана. Москва, 2010.
- Campbell J. H., Hawley-Fedder R. A., Menapace J. A. // Proc. of SPIE. 2004. Vol. 5341. DOI: 10.1117/12.538462.
- Denisov D. G., Baryshnikov N. V., Gladysheva Ya. V., Karasik V. E., Morozov A. B., Patrikeev V. E. // Measurement Techniques. 2017. Vol. 60. Iss. 2. P. 121.
- Денисов Д. Г., Карасик В. Е., Орлов В. М. // Метрология. 2009. № 9. С. 15.
- Барышников Н. В., Денисов Д. Г., Карасик В. Е., Сахаров А. А. Метод и аппаратура аттестационного контроля радиусов кривизны сферических поверхностей оптических изделий при помощи датчика волнового фронта: В сб. V Международная конференция по фотонике и информационной оптике. Сборник научных трудов. 2016. С. 416–417.
- Полещук А. Г., Хомутов В. Н., Маточкин А. Е., Насыров Р. К., Черкашин В. В. // Фотоника. 2016. № 4. С. 38.
- Полещук А. Г., Корольков В. П., Насыров Р. К., Хомутов В. Н., Конченко А. С. // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. № 6. С. 818. DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-818-829.
- Nikitin A., Sheldakova J., Kudryashov A., Bor-soni G., Denisov D., Karasik V., Sakharov A. // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineer-ing 3. Сер. “Photonic Instrumentation Engineering III” 2016. P. 97540K.
- Nikitin A., Sheldakova J., Kudryashov A., Den-isov D., Karasik V., Sakharov A. // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering 2. 2015. P. 936905.
- Sidick Erkin // Proc. of SPIE. 2009. Vol. 7390. DOI: 10.1117/12.823844.
- Alcocka Simon G., Ludbrooka Geoff D., Owenb Tommy, Dockreec Richard // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7801. P. 102. DOI: 10.1117/12.861539.
- Волков А. В., Головашкин Д. Л., Досколович Л. Д., Казанский Н. Л., Котляр В. В., Павельев В. С., Скиданов Р. В., Сойфер В. А., Соловьев В. С., Успленьев Г. В., Харитонов С. И., Хонина С. Н. Методы компьютерной оптики. Изд. 2-е, испр. – М.: Физматлит, 2003.
- ISO 10110–1996. Optics drawing standarts for the national ignition facility.
- M. A. Abdulkadyrov, N. S. Dobrikov, A. P. Patrikeev, V. E. Patrikeev, and A. P. Semenov, Optical magazine 81 (12), 6 (2014).
- M. A. Abdulkadyrov, Photonics, No. 3, 62 (2015).
- D. G. Denisov, Development of methods and equipment for laser interference control of the shape and quality of optical surfaces of large mirrors at the stages of grinding / Thesis for the degree of candidate of technical sciences / Moscow State Technical University. N. E. Bau-man. Moscow, 2010.
- J. H. Campbell, R. A. Hawley-Fedder, and J. A. Menapace, Proc. of SPIE 5341 (2004). DOI: 10.1117/12.538462.
- D. G. Denisov, N. V. Baryshnikov, Ya. V. Gladysheva, V. E. Karasik, A. B. Morozov, and V. E. Patrikeev, Measurement Techniques 60 (2), 121 (2017).
- D. G. Denisov, V. E. Karasik, and V. M. Orlov, Me-trology, No. 9, 15 (2009).
- N. V. Baryshnikov, D. G. Denisov, V. E. Karasik, and A. A. Sakharov, Method and equipment for certification control of radii of curvature of spherical surfaces optical products using a wavefront sensor / In the collection: V International Conference on Photonics and Information Optics Collection of scientific papers. 2016. p. 416–417.
- A. G. Poleshchuk, V. N. Khomutov, A. E. Matochkin, R. K. Nasyrov, and V. V. Cherkashin, Photonics, No. 4, 38 (2016).
- A. G. Poleshchuk, V. P. Korolkov, R. K. Nasyrov, V. N. Khomutov, and A. S. Konchenko, Computer optics 40 (6), 818 (2016). DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-818-829.
- A. Nikitin, J. Sheldakova, A. Kudryashov, G. Bor-soni, D. Denisov, V. Karasik, and A. Sakharov, A device based on the shack-hartmann wave front sensor for testing wide aperture optics / In the collection: Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering 3. Ser. “Photonic Instrumentation Engineering III” 2016. P. 97540K.
- A. Nikitin, J. Sheldakova, A. Kudryashov, D. Denisov, V. Karasik, and A. Sakharov, Hartmannometer versus Fizeau interferometer: advantages and disadvantages / In: Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering 2. 2015. S. 936905.
- Erkin Sidick, Proc. of SPIE 7390 (2009). DOI: 10.1117/12.823844.
- Simon G. Alcocka, Geoff D. Ludbrooka, Tommy Owenb, and Richard Dockreec, Proc. of SPIE 7801, 102 (2010). DOI: 10.1117/12.861539.
- A. V. Volkov, D. L. Golovashkin, L. D. Doskolo-vich, N. L. Kazansky, V. V. Kotlyar, V. S. Pavelyev, R. V. Skidanov, V. A. Soifer, V. S. Solovyov, G. V. Usplenev,
S. I. Kharitonov, and S. N. Khonina, Methods of computer optics. Ed. 2nd, rev. (Fizmatlit, Moscow, 2003). - ISO 10110-1996. Optics drawing standards for the national ignition facility.
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Бураченко А. Г., Тарасенко В. Ф., Генин Д. Е., Пучикин А. В.
Фотолюминесценция полиметилметакрилата при возбуждении KrCl эксилампой и KrCl лазером 5
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Лопухин А. А., Болтарь К. О., Гришина А. Н., Шишигин С. Е.
Многослойные интерференционные покрытия на основе слоёв кремния и двуокиси кремния на утоньшенных матричных фотоприемниках из InSb с повышенной механической прочностью и воспроизводимостью 14
Попов В. С., Першин Д. С., Храбров П. А., Морозова Е. А., Пономаренко В. П.
Рефлектография произведений искусства в диапазоне 0,9–1,7 мкм с использованием SWIR-камеры инфракрасного диапазона спектра 23
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Наумов А. В., Орехов Д. Л., Кульчицкий Н. А.
Прогресс в технологиях полупроводникового кремния (обзор) 34
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Овсянников В. А., Овсянников Я. В.
Особенности измерения температурно-частотной характеристики высокочувствительных несканирующих тепловизионных приборов 53
Алешков М. В., Попов С. В., Топольский Н. Г., Мокшанцев А. В., Михайлов К. А., Афанасов Д. С., Самсонов К. Н., Хамидуллин К. А., Ифтоди Л. А.
Анализ результатов испытаний средств визуализации различных диапазонов спектра для обнаружения очага возгорания и человека в огневом тренажерном комплексе ПТС «Уголек» 63
Денисов Д. Г., Устюгова М. Н., Фролова В. Е., Машошин Д. А., Гафаров И. И.
Анализ погрешностей метода динамической интерферометрии при контроле локальных поверхностных неоднородностей нанометрового уровня профилей оптических деталей 71
Киреев С. Г., Гавриш С. В., Шашковский С. Г.
Влияние механизма инициирования сильноточного импульсного ксенонового разряда на оптическую деградацию кварцевой оболочки в УФ-области спектра 90
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
A. G. Burachenko, V. F. Tarasenko, D. E. Genin, A. V. Puchikin
Photoluminescence of polymethyl methacrylate excited by a KrCl excilamp and a KrCl laser 5
PHOTOELECTRONICS
A. A. Lopukhin, K. O. Boltar, A. N. Grishina, and S. E. Shishigin
Multilayer interference coatings on the basis of the layers of silicon and dioxide of silicon on the thinning InSb FPA with increased mechanical strength and reproducibility 14
V. S. Popov, D. S. Pershin, P. A. Khrabrov, Е. А. Morozova, and V. P. Ponomarenko
Infrared reflectography of artworks with SWIR camera at wavelengths of 0.9–1.7 um 23
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
A. V. Naumov, D. L. Orekhov, and N. A. Kulchitsky
The recent progress of the semiconductor silicon technology (a review) 34
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
V. A. Ovsyannikov and Y. V. Ovsyannikov
Specifics of measuring temperature-frequency characteristics of high-sensitive staring thermal imagers 53
M. V. Aleshkov, S. V. Popov, N. G. Topolskiy, A. V. Mokshantsev, K. A. Mikhaylov,
D. S. Afanasov, K. N. Samsonov, K. A. Khamidullin, and L. A. Iftodi
Analysis of the test results of visualization means of various spectrum ranges for the detection of a fire source and a person in the fire training complex PTS «Ugolyok» 63
D. G. Denisov, M. N. Ustyugova, V. E. Frolova, D. A. Mashoshin, and I. I. Gafarov
The analysis of the errors of the dynamic interferometry method in the control of local surface inhomogeneities of the nanometer level of the profiles of optical parts 71
S. G. Kireev, S. V. Gavrish, and S. G. Shashkovskiy
Influence of flash ignition mechanism of high-current pulsed xenon discharge on the optical degradation of the quartz shell in the UV region of the spectrum 90
Другие статьи выпуска
Представлены результаты исследования влияния организации инициирования разряда на долговечность импульсной газоразрядной трубчатой лампы в спектральном диапазоне 200–300 нм. При последовательной схеме инициирования энергия излучения лампы снижается на 50 % от начального значения за 600 тысяч импульсов, что объясняется развитием слаботочного разряда по образующей разрядной колбы лампы, обращенной к «земляной» поверхности установки, и воздействию на нее повышенных тепловых и радиационных потоков на стадии формирования сильно-точного разряда. За счет поддержания слаботочного плазменного канала, стабилизированного по оси лампы, получено снижение скорости оптической деградации оболочки лампы в 8–10 раз при наработке в 1 млн импульсов.
Приведены результаты полевых испытаний средств визуализации видимого, коротковолнового и длинноволнового инфракрасного диапазона спектра, предназначенных для обнаружения очага возгорания и человека в условиях дыма в огневом тренажерном комплексе ПТС «Уголек». Исследования проводились с целью экспериментального определения эффективности средств визуализации различных спектральных диапазонов при работе пожарных подразделений в непригодной для дыхания среде. При проведении исследования использовались общеизвестные научные методы: анализ, синтез и натурный эксперимент. В результате выполненного экспериментального исследования доказана эффективность применения камер коротковолнового инфракрасного диапазона – при ее использовании дальность обнаружения очага возгорания и человека в естественном дыме в пять раз больше, чем при использовании камеры видимого диапазона спектра.
Рассмотрена специфика измерения температурно-частотной характеристики современных высокочувствительных несканирующих тепловизионных приборов, являющейся основой для оценки, прогнозирования и сравнения их информационной эффективности, в частности дальности действия, при обнаружении и распознавании объектов, расположенных на естественном неоднородном фоне местности. Проанализированы основные факторы, влияющие на эту характеристику, с учетом того, что данные приборы обычно функционируют в контрастно-ограниченном режиме, в котором их эффективность лимитируется не шумом прибора, а ограниченной контрастной чувствительностью зрительного аппарата оператора-дешифровщика.
Рассмотрено текущее состояние и перспективы развития мировых рынков полупроводникового поликристаллического кремния и монокристаллического солнечного и электронного кремния, получаемого методом Чохральского (Cz-Si). Отмечено, что после периода низких цен на ПКК, что препятствовало инвестициям в отрасль, наступает период выравнивания цен до уровня инвестиционной привлекательности. Приведены оценки баланса спроса и предложения до 2024 года и в долгосрочной перспективе. Проанализированы основные технологические схемы получения ПКК и Cz-Si в современных условиях. Отмечено, что некоторый профицит рынка ПКК сохранится в ближайшей и среднесрочной перспективе. Однако, провозглашенный всеми правительствами «зеленый поворот» в энергетике, развитие локальных рынков и восстановление цен до инвестиционно-привлекательного уровня, способствовало появлению новых проектов заводов по производству ПКК. Отечественная солнечная энергетика наконец приблизилась к порогу, который делает рентабельным реализацию всей технологической цепочки производства фотовольтаической продукции. Следующим этапом должно стать расширение локализованного производства Cz-Si в дополнение к существующему сегодня единственному производству в Подольске
Проведено исследование иконы «Чудо Георгия о змие» (первая треть XVIII века) и картины «Натюрморт с кетой» (М. Соколов, 1930-е гг.) методом инфракрасной рефлектографии с использованием отечественной камеры ИК-диапазона спектра 0,9–1,7 мкм. Выявлены скрытые элементы изображения, не наблюдаемые в видимом диапазоне спектра.
Рассмотрены способы повышения механической прочности и воспроизводимости в конструкции двухспектральных утоньшенных матричных фотоприемников из InSb посредством напыления многослойных интерференционных покрытий на основе слоёв кремния и двуокиси кремния. Представлены результаты моделирования распределения механических напряжений и подавления погрешностей оптической толщины антиотражающих покрытий с различным количеством слоев. Получены экспериментальные образцы двухспектральных матричных фотоприемников, подтверждающие результаты моделирования.
Исследованы спектры фотолюминесценции различных образцов полиметилметакрилата (ПММА) при возбуждении излучением KrCl эксилампы на длине волны 222 нм с шириной полосы 2 нм и узкополосным излучением KrCl лазера ( = 222 нм), а также спектры пропускания этих образцов. Установлено, что исследуемые образцы ПММА согласно их спектрам пропускания могут быть сгруппированы в три характерные группы с различной коротковолновой границей пропускания, изменение которой влияет на спектры фотолюминесценции. Показано, что плотность мощности излучения, возбуждающего фотолюминесценцию ПММА, существенно влияет на спектр излучения ПММА в ультрафиолетовой и видимой областях спектра.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400