SU1755050A1 - Method of measuring surface relief - Google Patents

Method of measuring surface relief Download PDF

Info

Publication number
SU1755050A1
SU1755050A1 SU904797325A SU4797325A SU1755050A1 SU 1755050 A1 SU1755050 A1 SU 1755050A1 SU 904797325 A SU904797325 A SU 904797325A SU 4797325 A SU4797325 A SU 4797325A SU 1755050 A1 SU1755050 A1 SU 1755050A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
pulse
laser
reflections
subject
mixing
Prior art date
Application number
SU904797325A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Григорьевич Краснер
Сергей Николаевич Темнов
Владислав Юрьевич ХОМИЧ
Original Assignee
Центральное Конструкторское Бюро Уникального Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Центральное Конструкторское Бюро Уникального Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср filed Critical Центральное Конструкторское Бюро Уникального Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср
Priority to SU904797325A priority Critical patent/SU1755050A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1755050A1 publication Critical patent/SU1755050A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к оптике. Цель изобретени  - повышение точности и чувствительности способа, который заключаетс  в регистрации картины интерференции импульсных опорного пучка и предметного пучка, многократно отраженного от контролируемой поверхности, причем регистраци  осуществл етс  только в момент смешени  импульсов пучков. 2 ил.The invention relates to optics. The purpose of the invention is to improve the accuracy and sensitivity of the method, which is to register the interference pattern of the pulsed reference beam and the object beam repeatedly reflected from the test surface, and the registration is carried out only at the moment of mixing of the beam pulses. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к оптике, а именно к оптическим методам измерени  рельефа поверхности, и может быть использовано в технологических процессах при построении профилометрических систем контрол .The invention relates to optics, namely, optical methods for measuring the surface topography, and can be used in technological processes in the construction of profilometric control systems.

Известен способ измерени  микронеровностей поверхности, заключающийс  в смешении опорного лазерного пучка и предметного лазерного пучка, многократно отраженного от контролируемой поверхности, путем пространственного разделени  лучей предметного лазерного пучка, испытавших различное число отражений от контролируемой поверхности, регистрации картины интерференции опорного и предметного пучков и определени  микронеровностей поверхности по зарегистирированной картине . Недостатком данного способа  вл етс  ограниченна  область применени , обусловленна  принципиальной невозможностью осуществить измерение рельефа с нерегул рными неоднородност ми.The known method of measuring the surface asperities, which consists in mixing the reference laser beam and the object laser beam repeatedly reflected from the test surface, by spatially separating the rays of the subject laser beam that have experienced a different number of reflections from the test surface, registering the interference pattern of the reference and subject beams, and determining the surface micro irregularities by registered picture. The disadvantage of this method is the limited scope due to the fundamental impossibility of measuring the relief with irregular discontinuities.

Известен также способ измерени  рельефа поверхности, заключающийс  в смешении опорного лазерного пучка и предметного лазерного пучка, многократноThere is also known a method for measuring the surface topography consisting in mixing the reference laser beam and the object laser beam, repeatedly

отраженного от контролируемой поверхности (причем смешение достигаетс  в результате восстановлени  двухэкспозиционной голограммы), регистрации картины интерференции опорного и предметного пучков путем согласовани  оптической длины пути опорного лазерного пучка и предметного лазерного пучка, испытавшим заданное число отражений от контролируемой поверхности , с длиной когерентного лазерного излучени  и определени  рельефа поверхности по зарегистрированной картине.reflected from the monitored surface (besides, mixing is achieved as a result of the restoration of a two-exposure hologram), recording the pattern of interference of the reference and object beams by matching the optical path length of the reference laser beam and the subject laser beam that experienced a specified number of reflections from the monitored surface with a coherent laser radiation length and determining surface relief on the registered picture.

Данный способ имеет широкую область применени , так как позвол ет измер ть рельефы с любой пространственной конфигурацией микронеройностей. Однако его недостатками  вл ютс  низка  точность, обусловленна  малой дифракционной эффективностью восстановлени  голограммы, а также фоновой засветкой регистрируемой картины интерференции; низка  чувствительность , обусловленна  принципиальной невозможностью достижени  высоких значений кратности усилени  фазовых неоднородностей, вследствие жесткого ограничени  на величину оптической длины пути опорного лазерного пучка и предмет (/)This method has a wide range of applications, as it allows to measure reliefs with any spatial configuration of microresistances. However, its disadvantages are low accuracy, due to the low diffraction efficiency of the hologram recovery, as well as the background illumination of the recorded pattern of interference; low sensitivity due to the fundamental impossibility of achieving high values of the amplification ratio of phase inhomogeneities, due to the severe restriction on the optical path length of the reference laser beam and the subject (/)

СWITH

XIXi

сл сл о сл оcl

ного лазерного пучка, испытавшим заданное число отражений от контролируемой поверхности из-за фиксированного значени  лины когерентности лазерного излучени .a laser beam that has experienced a given number of reflections from the test surface due to the fixed value of the laser radiation coherence line.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и чувствительности метода измерени  рельефа поверхности,The aim of the invention is to improve the accuracy and sensitivity of the method of measuring the surface topography,

Поставленна  цель достигаетс  способом измерени  рельефа поверхности, заключающимс  в смешении опорного азерного пучкЧ и предметного лазерного пучка, многокрйт о отраженного от контролируемой поверхности, регистрации картины интерференции опорного и предметного пучков и определении рельефа поверхности по зарегистрированной картине, причем опорный и предметный пучки формируют в виде импульсов, длительность которых не превосходит времени между двум  послеовательными отражени ми предметного пучка от контролируемой поверхности, а регистрацию картины интерференции осуществл ют в моменты времени, соответствующие смешению импульса опорного пучка с импульсом предметного пучка.The goal is achieved by the method of measuring the surface topography, which consists in mixing the reference Azeri beam and the object laser beam, polyshaft about reflected from the test surface, registering the interference pattern of the reference and object beams, and determining the surface relief from the registered pattern, and the reference and object beams are formed as pulses whose duration does not exceed the time between the two successive reflections of the object beam from the test surface, and the interference pattern is recorded at the time points corresponding to the mixing of the pulse of the reference beam with the pulse of the object beam.

На фиг.1 представлена бйок-схема сисемы , реализующей данный способ; на иг.2 - временные диаграммы работы сисемы .Figure 1 presents the bio-diagram of the system that implements this method; on ig.2 - timing charts of the system.

Система содержит лазер 1 с блоком ормировани  коротких импульсов, а также расположенные на одной оптической оси с ним телескопический расширитель, состо щий из микрообъектива 2, микродиафрагмы и коллимирующей линзы А, кроме того ветоделителей 5 и 6 и резонатора,состо его из светоделител  7,и..отражающего бъекта 8, рельеф поверхности которого и подлежит измерению. Светоделитель б оптически св зан с эталонным зеркалом 9, а светоделитель 5 оптически св зан с электрооптическим затвором (ЭОЗ) 10, регистратором 11, а также линзой 12 и фотоприемником 13, который в свою очередь электрически св зан с цепью: генератор импульсов 14 - генератор временных сдвигов 15 - усилитель напр жени  16 - ЭОЗ 10.The system contains a laser 1 with a short pulse pulse shaping unit, as well as a telescopic expander located on the same optical axis, consisting of a micro-lens 2, a microdiaphragm and a collimating lens A, in addition to the wind splitters 5 and 6 and a resonator consisting of a beam splitter 7, and Reflecting object 8, the surface relief of which is to be measured. The beam splitter b is optically connected to the reference mirror 9, and the beam splitter 5 is optically connected to the electro-optical shutter (EOZ) 10, the recorder 11, as well as a lens 12 and a photodetector 13, which in turn is electrically connected to the circuit: pulse generator 14 - generator time shifts 15 - voltage amplifier 16 - EOS 10.

В качестве лазера 1 с блоком формировани  коротких импульсов в экспериментальном стенде использован серийно выпускаемый пикосекундный лазер МГУ- НПП Алькор, YAGUAR.A serially produced picosecond laser MSU-NPP Alkor, YAGUAR was used as a laser 1 with a unit for forming short pulses in an experimental test bench.

Оптические элементы 2,3,4,12 использованы из набора оптики серийной установки УИГ-22. М. В качестве ЭОЗ 10 испопьзована стандартна   чейка Керра. Регистратором 11 может служить бытовой зеркальный фотоаппарат типа Зенит-12 СД иди обычный матовый экрчн Фотоприемником 13 может служить быстродействующий фотодиод ФД-256, вход щий в комплект лазера 1 типа YAGUAR. Генератор импульсов 14, генератор временных сдвигов 15 - серийные приборы типа Г5-72, И1- 8 соответственно. В качестве усилител  16 может быть использована стандартна  ключева  схема.Optical elements 2,3,4,12 used from the set of optics serial installation UIG-22. M. The standard Kerr cell is used as an EOZ 10. The recorder 11 can serve as a domestic Zenit-12 type SD camera camera or an ordinary matte fiber. The FD-256 high-speed photodiode, supplied with a YAGUAR type 1 laser, can serve as a photodetector 13. The pulse generator 14, the time shift generator 15 are serial devices of the type G5-72, I1-8, respectively. As amplifier 16, a standard key circuit can be used.

Коэффициенты отражени  еветоделителей 5, 6 и 7, а также эталонного зеркала 9 рассчитываютс  из услови  равенства ин- тенсивностей на регистраторе 11 предметного и опорного лазерного импульсов и определ ютс  по заданному числу отражений от объекта. В экспериментальном стенде дл  п ти отражений от объекта коэффициенты отражени  светоделителей 5, б и 7 составл ют 0,5; 0,1 и 0,45 соответственно , величины которых формируютс  путем вакуумного напылени  по стандартной технологии. Эталонное зеркало 9 имеет коэффициент отражени  пор дка 0,98 и подобрано из комплекта металлических зеркал, прилагаемых к установке УИГ-22 М. Рассто ние между светоделителем 7 и отражающим объектом 8 в изготавливаемом экспериментальном стенде составл ет 4 мм.The reflection coefficients of the air splitters 5, 6, and 7, as well as the reference mirror 9, are calculated from the condition of equality of intensity on the recorder 11 of the subject and reference laser pulses and are determined by the specified number of reflections from the object. In the experimental bench for five reflections from the object, the reflection coefficients of the beam splitters 5, b and 7 are 0.5; 0.1 and 0.45, respectively, whose values are formed by vacuum sputtering according to standard technology. The reference mirror 9 has a reflection coefficient of the order of 0.98 and is selected from the set of metal mirrors attached to the UIG-22 installation M. The distance between the beam splitter 7 and the reflecting object 8 in the experimental bench being manufactured is 4 mm.

Способ реализуетс  следующим образом .The method is implemented as follows.

Лазер 1 с блоком формировани  коротких импульсов генерирует излучение в им- пульсно-периодическом режиме, причемA laser 1 with a short pulse generation unit generates radiation in a pulse-periodic mode, with

длительность лазерного импульса меньше, чем врем  затрачиваемое им на осуществление двух последовательных отражений от контролируемой поверхности. Врем , затрачиваемое лазерным импульсом на осуществление двух последовательных отражений от контролируемой поверхности , определ етс  временем полного прохода резонатора 7,8 и рассчитываетс  по формулеthe duration of the laser pulse is less than the time it takes for the implementation of two consecutive reflections from the test surface. The time taken by the laser pulse to effect two consecutive reflections from the test surface is determined by the time of complete passage of the resonator 7,8 and is calculated by the formula

гпр 2 L/C,gpr 2 L / C,

где С 3x108 м/с - скорость света (фиг.1).where С 3x108 m / s is the speed of light (figure 1).

В экспериментальном стенде L 4 см и врем  одного прохода составл ет гпр 0,3 не. Число отражений от объекта 8 в экспериментальном стенде установлено равным п ти. Следовательно, врем , за которое лазерный импульс совершит п ть полных проходов резонатора 7, 8, будет составл ть tnpz 5 Гпр 1,5 нс.Длитель- ность цуга импульсов излучени  лазера YAGUAR в режиме синхронизации мод сIn the experimental stand L 4 cm and the time of one pass is gpr 0.3 ns. The number of reflections from object 8 in the experimental bench was set equal to five. Consequently, the time during which the laser pulse makes five full passes of the resonator 7, 8 will be tnpz 5 Gpr 1.5 ns. The duration of the pulse train of the YAGUAR laser pulses in the mode-locking mode

одновременной модул цией добротности составл ет стабильную величину Т 4 не. В каждом цуге излучаетс  п ть пикосекунд- ных импульсов с интервалом гп 1 не. Первый импульс цуга, отраженный от светоделител  5, фокусируетс  линзой 12 на быстродействующий фотоприемник 13, посто нна  времени г которого меньше интервала гп и в экспериментальном стенде составл ет г 1 не (фиг.26). Сигнал с фотоприемника 13 поступает на генератор импульсов 14, который формирует синхроимпульс (фиг.2в), поступающий в генератор временных сдвигов 15, осуществл ющий сдвиг синхроимпульса на интервал гсдв «Т- гп (фиг.2г). Далее этот импульс поступает на усилитель 16 и сформированный таким образом импульс напр жени  открывает ЭОЗ 10 как раз в тот момент времени, когда последний лазерный импульс цуга совершит заданное число отражений or контролируемой поверхности (заданное число проходов по резонатору 7, 8) В экспериментальном стенде тсдв 4 не Таким образом, вс,е импульсы, вход щие в цуг излучени  лазера 1, кроме последнего, пройд  элементы оптической схемы 2-8, не попадают на регистратор 11, поскольку ЭОЗ 10 закрыт (фиг.2) Последний импульс цуга излучени  лазера 1 попада  на телескоп 2-4 расшир етс  и, пройд  сквозь полупрозрачный светоделитель 5, раздел етс  светоделителем 6 на опорный лазерный импульс, который попадает на эталонное зеркало 9 и отражаетс  от него , и предметный лазерный импульс, попадающий в резонатор, образованный светоделителем 7 и объектом 8, профиль которого подлежит измерению (фиг.1). Плечи интерферометра И и h согласованы таким образом, чтобы опорный лазерный импульс, отразившись от зеркала 9, встретилс  на светоделителе 6 с предметным лазерным импульсом, совершившим заданное число отражений от объекта 8 В экспериментальном стенде И и 2 согласованы так, чтобы опорный лазерный импульс встретилс  на светоделителе 6 с предметным лазерным импульсом , совершившим п ть полных проходов по резонатору 7, 8. Результирующа  интерференци  двух лазерных импульсов, отразившись от полупрозрачного светоделител  5, падает на ЭОЗ 10 который в этот момент кратковременно открываетс  (согласно описанной схеме синхронизации ) и пропускает ее на регистраторsimultaneous Q-switching is a stable value of T 4 not. In each train, five picosecond pulses are emitted with an interval of 1 np. The first pulse of the train, reflected from the beam splitter 5, is focused by the lens 12 onto the high-speed photodetector 13, the time constant g of which is less than the interval rp and in the experimental test bench is r 1 not (Figure 26). The signal from the photodetector 13 is fed to a pulse generator 14, which forms a sync pulse (Fig. 2c), which enters the time shift generator 15, shifting the sync pulse by an interval of GdW "T-rn (Fig. 2d). Next, this pulse arrives at the amplifier 16 and the voltage pulse generated in this way opens the EOZ 10 exactly at the moment when the last laser pulse of the train completes a specified number of reflections or a controlled surface (a given number of passes through the resonator 7, 8). 4 Thus, all the pulses entering the laser radiation train 1, except the last, passed the elements of the optical circuit 2-8, do not reach the recorder 11, since the EOZ 10 is closed (Fig. 2) The last pulse of the laser radiation train 1 by the pad on the telescope 2-4 expands and, having passed through the semitransparent beam splitter 5, is divided by the beam splitter 6 into a reference laser pulse that hits the reference mirror 9 and is reflected from it, and the subject laser pulse entering the resonator formed by the beam splitter 7 and the object 8, the profile of which is to be measured (figure 1). The arms of the interferometer And and h are matched so that the reference laser pulse, reflected from the mirror 9, meets on the beam splitter 6 with the object laser pulse that performs the specified number of reflections from the object 8 In the experimental bench And and 2 are matched so that the reference laser pulse meets on beam splitter 6 with a subject laser pulse that made five full passes through the resonator 7, 8. The resulting interference of two laser pulses, reflected from the translucent beam splitter 5, falls on EOZ 10 ko ory at this point briefly opened (according to the scheme described synchronization) and transmits it to the receptionist

11. С генерацией следующего цуга излучени  лазера 1 работа схемы повтор етс  Итак, открывание ЭОЗ 10 происходит только в момент, когда интерференционна  картина от опорного лазерного импульса и11. With the generation of the following laser radiation train 1, the operation of the circuit is repeated. Thus, the opening of the EOZ 10 occurs only at the moment when the interference pattern from the reference laser pulse and

предметного лазерного импульса, совершившего заданное число отражений от контролируемой поверхности, поступает на регистратор 11. Закрытое состо ние ЭОЗ 10 в другие моменты времени позвол ет исключить фоновую засветку регистрируемой интерференционной картины от предметных лазерных импульсов, совершивших чис ло отражений от контролируемой поверхности меньшее, чем заданное Замеa subject laser pulse that has completed a predetermined number of reflections from the monitored surface enters the recorder 11. The closed state of the EOZ 10 at other points in time eliminates the background illumination of the recorded interference pattern from the subject laser pulses that have made the number of reflections from the monitored surface less than the specified Zame

тим, чю интенсивность всех предмг.мцт отражений от контролируемой поверхности выше интенсивности заданною отражени  Исключение фоновой зассетки регистрир/ емой интерференционнойхартины позвоп ет повысить точность и чувствительность измерени  профил  поверхности объекта О без привлечени  голографических методов регистрации интерференционной картины что актуально при измерени х малых ампл jтуд микронеропностей рельефа поверх о- сти, в частности при визуализации по зй поверхностных акустических волн и т пTiming, the intensity of all predmg.tst reflections from the test surface above the intensity of the specified reflection The exclusion of the background recording of the recorded interference pattern makes it possible to increase the accuracy and sensitivity of measuring the surface profile of the object O without using holographic methods for recording the interference pattern, which is important when measuring small amplitudes of micro-asperities topography, in particular, when visualizing surface acoustic waves and

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ изменени  рельефа поверхности, заключающийс  в смешении опорного лазерного пучка и предметного лазерного пучка, многократно отраженного от контролируемой поверхности, регистрации картины интерференции опорного и предметного пучкоо и определений рельефа поверхности по зарегистрированной картине, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности и чувствительности, опорный и предметныйThe method of changing the surface relief, which consists in mixing the reference laser beam and the object laser beam repeatedly reflected from the test surface, registering the interference pattern of the reference and subject beam and determining the surface relief according to the registered pattern, different in order to improve the accuracy and sensitivity , reference and subject пучки формируют в виде импульсов, дтитель- ность которых не превосходит времени между двум  последовательными отражени ми предметного пучка от контролируемой поверхности, а регистрацию картиныthe beams form in the form of pulses, the durability of which does not exceed the time between two successive reflections of the object beam from the monitored surface, and the registration of the pattern интерференции осуществл ют в моменты времени, соответствующие смешению импульса опорного пучка с импульсом предметного пучка.Interferences are carried out at times corresponding to the mixing of the pulse of the reference beam with the pulse of the object beam. ll vsvs -ixi--ixi- CMCM «V 5;“V 5; уat Выходы:Outputs:
SU904797325A 1990-02-28 1990-02-28 Method of measuring surface relief SU1755050A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904797325A SU1755050A1 (en) 1990-02-28 1990-02-28 Method of measuring surface relief

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904797325A SU1755050A1 (en) 1990-02-28 1990-02-28 Method of measuring surface relief

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1755050A1 true SU1755050A1 (en) 1992-08-15

Family

ID=21499339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904797325A SU1755050A1 (en) 1990-02-28 1990-02-28 Method of measuring surface relief

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1755050A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Вест 4. Голографическа интерферометри , М.; мир, 1982, с. 377. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3722533B2 (en) Distance measuring device
NL8005258A (en) INTERFEROMETER.
JPS636483A (en) Time interval measuring instrument
SU1755050A1 (en) Method of measuring surface relief
JPH059723B2 (en)
US5471302A (en) Interferometric probe for distance measurement utilizing a diffraction reflecting element as a reference surface
GB1190564A (en) Method of and Means for Surface Measurement.
US5418612A (en) Method of and apparatus for determining surface contour of diffusely reflecting objects
JP3112095B2 (en) Eye axis length measuring device
SU1758432A1 (en) Relative interferometer
SU1716316A1 (en) Method of checking of diameter of optical fibres
JPH05500853A (en) Method and apparatus for determining glass tube wall thickness
JP2780868B2 (en) Method and apparatus for determining the surface contour of a diffusely reflecting object
SU1068782A1 (en) Automatic interferention device for measuring atmosphere befraction index structural characteristic
JPS6154422A (en) Method and instrument for measuring mode field diameter of optical fiber
SU1416864A1 (en) Device for measuring angular displacements of object
SU1241060A1 (en) Device for measuring amplitude of path-length difference of beams in interferometers
SU1479825A1 (en) Laser meter of angular position of member
RU1770739C (en) Device for measuring angular displacements of objects
SU1737475A1 (en) Device for registering finish in sports
SU1539525A1 (en) Method and apparatus for measuring position of object
SU1441190A1 (en) Interference device for measuring small displacements
SU1552005A1 (en) Apparatus for interpreting shift spectrointerferograms
RU1768961C (en) Method of and device for measuring glass tube wall diameter
SU1118852A1 (en) Interferometer for measuring linear displacements