Публикации автора

Исследуются статистические характеристики электромагнитного поля, рассеянного контролируемыми шероховатыми (на стадиях шлифования) оптическими поверхностями, имеющими различный уровень среднего квадратичного отклонения (СКО) –  от заданного (эталонного) профиля на различных стадиях технологической обработки. Получены и проанализированы аналитические выражения для контраста регистрируемых интерферограмм и спекл-структуры от характерного отношения контролируемой величины  в соотношении с длиной волны интерферометрического контроля – . Предлагается метод частичного подавления спекл-структуры в регистрируемых изображениях, основанный на использовании пространственной фильтрации и операции усреднения по ансамблю сечений, проходящих через энергетический центр тяжести отфильтрованных изображений. Приводятся результаты экспериментальных исследований макетного образца лазерного инфракрасного (ИК) интерферометра, построенного по модифицированной функциональной схеме Тваймана–Грина, с рабочей длиной волны излучения  = 10,6 мкм и формулируются рекомендации по выбору его элементной базы.

Рассматриваются методы и аппаратура контроля параметров шероховатостей профилей оптических поверхностей, имеющих различный уровень среднего квадратичного отклонения (СКО) –  на различных стадиях технологической обработки. Разработан и научно обоснован метод лазерной инфракрасной (ИК) интерферометрии, основанный на приближениях метода Кирхгофа при рассеянии плоской электромагнитной волны  фазовым экраном при выполнении условия  >> . Получено аналитическое соотношение, связывающие значение контраста видеоизображения интерференционной картины, зарегистрированной разработанным неравноплечным интерферометром Тваймана–Грина с рабочей длиной волны излучения 10,6 мкм, с величиной СКО. Реализован и экспериментально подтверждён метод динамической интерферометрии контроля локальных отклонений нанометрового уровня поверхностей оптических деталей в случае, когда  >> , в условиях производственных вибраций от заданного профиля на основе алгоритма расчёта целевой функции – спектральной плотности одномерной корреляционной функции (СПКФ1 от англ. PSD1D (Power Spectral Density One Dimension)). Представлены теоретические и экспериментальные исследования, посвящённые определению СКО локальных отклонений поверхностей оптических деталей диаметром до 100 мм, причем с учётом неисключённой систематической и случайной составляющих погрешностей определения целевой функции.

Исследовано и экспериментально проанализировано влияние линзовой и зеркальной оптических схем канала подсвета макетного образца оптико-электронной системы для измерения параметров шероховатости ангстремного уровня оптических поверхностей на качество лазерного излучения. На основе разработанного макетного образца с применением линзовой и зеркальной оптических систем дана количественная оценка таким показателям качества лазерного излучения как M2-параметру и функции контраста спекл-структуры в сечении его энергетического профиля. В результате представленного сравнительного анализа влияния двух оптических систем канала подсвета макетного образца на достижимые показатели качества лазерного излучения, сделаны рекомендации о целесообразности применения линзовой оптической си-стемы в канале подсвета с точки зрения минимальной погрешности проводимых измерений.

Экспериментально и теоретически исследованы пути повышения динамического диапазона регистрируемой индикатрисы рассеянного лазерного излучения от оптической поверхности с ангстремным значением среднеквадратического отклонения (СКО) высотного параметра шероховатости. Результаты исследования позволили сформулировать необходимые требования при проектировании метода и аппаратуры данного класса в лабораторных условиях для измерения среднеквадратического отклонения параметра шероховатости оптической поверхности менее 0,1 нм, а именно: - конструктивное исполнение макетного образца должно быть реализовано с применением специализированного фоноподавляющего защитного кожуха; - необходимо применение математической модели аппроксимации регистрируемой индикатрисы в углах дифракции от 00 до 900, что соответствует анализу пространтвенных частот интегрируемой целевой функции – функции спектральной плотности корреляционной функции в диапазоне сверхвысоких пространственных частот от 0 до до максимального значения равного νmax = 1040 мм-1.

Экспериментально исследовано влияние линзовой и зеркальной оптических схем канала подсвета оптико-электронной системы измерения параметров шероховатости ангстремного уровня оптических поверхностей на эволюцию поляризационных характеристик лазерного излучения, формируемого до оптической поверхности исследования. Представлены общие теоретические положения метода дифференциального рассеяния, лежащего в основе принципа измерения параметров шероховатости на основе регистрации рассеянного (дифрагированного) лазерного излучения, имеющего линейное состояние поляризации. Дана теоретическая оценка влиянию эволюции состояния поляризации лазерного излучения, прошедшего линзовую и зеркальную оптические системы, рассеянного оптической поверхностью на погрешность измерения эффективного среднеквадратического отклонения параметров шероховатости ангстремного уровня. В результате сравнительного анализа влияния двух оптических схем на эволюцию исходных параметров состояния поляризации лазерного излучения: коэффициента эллиптичности, угла азимута (угла поворота большой оси эллипса поляризации), деполяризации лазерного излучения, модуля фазовой анизотропии, сделаны рекомендации о целесообразности применения линзовой оптической системы в канале подсвета.

Рассмотрены особенности технологических процессов управления формообразованием оптических поверхностей крупногабаритных плоских деталей на этапах шлифования и полирования на современных станках непрерывного формообразования полно-размерным инструментом. Дано обоснование структуры многофакторной математической модели процессов шлифования и полирования плоских оптических поверхностей на основе изучения законов движения исполнительных механизмов и зо-ны обработки оптических станков непрерывного формообразования полноразмерным инструментом. Приведён анализ влияния технологических факторов и физико-химических особенностей процессов обработки поверхностей плоских оптических деталей на функцию съёма оптического материала модели химико-механического метода обработки (CMP – chemical mechanical polishing). Проведён анализ исследования погрешности функции съёма оптического материала представленной многофакторной математической модели с рекомендацией к фиксации определённых значений главных кинематических параметров станочного оборудования.

Анализируются основные результаты работы современной технологической системы нанесения и контроля оптических покрытий на подложки с различной степенью шероховатости по данным регистрации характеристик индикатрисы рассеянного лазерного излучения. Рассматриваются особенности приближений метода дифференциального рассеяния, используемого для оценки статистических параметров профилей оптических подложек: спектральной плотности корреляционной функции (СПКФ) и эффективного среднеквадратического отклонения (СКО) – эф. Приводятся основные характеристики рассеянного лазерного излучения от поверхностей оптических подложек с различным уровнем шероховатости. Обсуждаются результаты экспериментальных исследований, посвящённые влиянию качества поверхностей оптических подложек на эксплуатационные характеристики различных пленкообразующих материалов оптических покрытий, нанесённых с ионным ассистированием и без него. На основании проведенного эксперимента исследуются возможности снижения светорассеяния и нивелирования неровностей поверхностей подложек с различной степенью шероховатости.

Выполнен сравнительный анализ методов калибровки датчика волнового фронта Шэка-Гартмана по плоскому волновому фронту (калибровка по наклону датчика) и сферическому волновому фронту (абсолютная калибровка). Для сравнения был проведен общий анализ достоинств и недостатков методов калибровки. Показано, что калибровка датчика включает в себя следующие этапы: создание опорного волнового фронта и определение точных проектных параметров датчика. Значения проектных параметров используются в реконструкции измеряемого волнового фронта и определяют такие параметры датчика Шэка-Гартмана, как динамический диапазон и чувствительность. Также для численного сравнения был проведен анализ погрешностей динамического диапазона, определяемого по аберрациям типа наклон и дефокусировка, и построены зависимости этих погрешностей от погрешности проектных параметров датчика.

Методом голографии на тонком слое дихроичного ориентирующего красителя были записаны дифракционные решетки, собраны и исследованы жидко-кристаллические ячейки для получения электрически-управляемой дифракции в видимом диапазоне. При помощи программного обеспечения для моделирования электрооптических эффектов была рассчитана дифракционная эффективность (ДЭ) фазовой решетки на основе жидкого кристалла (ЖК) в зависимости от амплитуды напряжения на электродах и оценено изменение ДЭ в зависимости от толщины ячейки, двулучепреломления ЖК-материала и длины волны излучения. Экспериментальные результаты качественно совпали с результатами расчета. В случае фазовой решетки, сформированной в объеме ЖК-ячейки ДЭ в 1-м порядке достигала 16 % на длине волны 532 нм. Установлено, что ДЭ уменьшается с увеличением длины волны.

Проведены обзор и анализ существующих корректоров волнового фронта оптического излучения. Приведены основные преимущества и недостатки различных корректоров волнового фронта. Проведено сравнение различных видов корректоров по типовым характеристикам для решения различных задач современной оптотехники и фотоники.

Исследованы статистические характеристики поля, рассеянного контролируемой шероховатой оптической поверхностью, и определены выражения для контраста спекл-структуры в зависимости от степени монохроматичности излучения лазера ИК-интерферометра. Приведены результаты экспериментальных исследований макетного образца лазерного ИК-интерферометра, построенного по модифицированной функциональной схеме Тваймана–Грина, с рабочей длиной волны излучения  = 10,6 мкм и сформулированы рекомендации по выбору его элементной базы.

В работе рассматривается возможность описания средне- и мелкоструктурных неоднородностей профилей поверхностей крупногабаритных оптических изделий, используя двумерную спектральную плотность корреляционной функции (СПКФ). Предложен метод измерения амплитудных значений пространственных неоднородностей в широком спектральном диапазоне, на основе теоремы Парсеваля и Винера-Хинчина, используя алгоритм приведения двумерной функции СПКФ к одномерному виду. Данный метод позволяет сравнивать измеренную функцию СПКФ с теоретически рассчитанной и указанной в техническом задании на изготовление оптической детали, а также выдвигать требования на аппаратуру контроля. В статье представлено математическое описание метода приведения двумерной функции СПКФ к одномерному виду функции и предложен алгоритм программного обеспечения, разработанного для реализации данного метода приведения функции СПКФ, и его апробация как на математических моделях поверхностей, так и на результатах экспериментальных измерений.