Development of a method for flat surface measurement of quasi-flat-bottomed plates using triple bonding

Zofia Sunderland

Abstract

This dissertation is devoted to flatness measurments of quasi-parallel plates taking advantage of three-beam interference. Method of analysis of the registered three-beam interferograms resulting in determination front and back surface flatness and optical thickness variation assuming homogeneous distribution of refractive index of the element under test is proposed. Processing paths using a single three-beam interferogram or a set of (at least two) three-beam interferograms with mutual phase shift is developed. The first case may be applied to images registered in Twyman-Green interferometer, the second case also in the Fizeau system. In both cases determination of plate parameters may be realized without interference into the optomechanical setup or the plate. Firstly, each of the proposed processing paths eliminates a fringe set Ifb from a three-beam interferogram. The set Ifb results from interference of the beams reflected from the tested element surfaces. It leads to intensity distribution containing sum of two fringe families coding plate front and back surface topography, which is further processed. In case of wedge plates, for which number of fringes in the Ifb map is greater than 5, furher processing relies on separating the fringe sets with the use of single-frame algorithms for interferogram analysis, for example two-dimensional continuous wavelet transform or Hilbert-Huang transform. Also, the Fourier transform,Wigner-Hough pseudotransform and phase-shifting digital moiré method was tested. In case of parallel plates more complex, multi-stage processing is conducted. Finally the methods lead to to the same results, i.e. to information on plate front surface shape and other plate parameters. There are a few ways to carry out the elimination of the fringe set Ifb from a three-beam interferogram: in the Twyman-Green interferometer by registration of the Ifb interferogram while the reference beam is blocked and its subtraction from the three-beam interferogram, and in the Fizeau setup by manipulating the reference beam intensity or subtracting two phase-shifted three-beam interferograms. All operations are described by formulas derived in this work. Accuracy of the methods was estimated using both computer-generated and experimental images. The accuracy of obtained phase maps was compared with reference methods.
Rodzaj dyplomuPraca doktorska
Autor Zofia Sunderland (WM / IMiF)
Zofia Sunderland
- Instytut Mikromechaniki i Fotoniki
Tytuł w języku polskimOpracowanie metody pomiaru płaskości powierzchni płytek Quasi-płaskorównoległych z wykorzystaniem interferencji trójwiązkowej
Językpl polski
Jednostka dyplomującaWydział Mechatroniki (WM)
Dyscyplina naukibudowa i eksploatacja maszyn / dziedzina nauk technicznych / obszar nauk technicznych
Data obrony08-02-2017
Data zakończenia 22-02-2017
Promotor Krzysztof Patorski (WM / IMiF)
Krzysztof Patorski
- Instytut Mikromechaniki i Fotoniki
Recenzenci wewnętrzni Wacław Urbańczyk - Politechnika Wrocławska (PWr)
Wacław Urbańczyk
-
Recenzenci zewnętrzni Jan K. Jabczyński - Wojskowa Akademia Techniczna (WAT)
Jan K. Jabczyński
-
Paginacja 121
Słowa kluczowe w języku polskiminterferencja trójwiązkowa
Słowa kluczowe w języku angielskimthree-beam interference
Streszczenie w języku polskimRozprawa doktorska poświęcona jest pomiarom płaskości płytek quasi-płaskorównoległych z wykorzystaniem interferencji trójwiązkowej. Proponuję metodę analizy rejestrowanych interferogramów trójwiązkowych prowadzącą do wyznaczenia płaskości przedniej i tylnej powierzchni płytki oraz zmian jej grubości optycznej przy założeniu jednorodnego rozkładu współczynnika załamania w badanym elemencie. Opracowano ścieżki przetwarzania wykorzystujące pojedynczy interferogram trójwiązkowy albo zestaw (minimum dwóch) interferogramów trójwiązkowych z przesunięciem fazowym. Pierwszy wariant może być zastosowany do obrazów rejestrowanych w interferometrze Twymana-Greena, drugi także w układzie Fizeau. W obu przypadkach wyznaczenie parametrów płytki jest możliwe bez ingerencji w układ optomechaniczny ani sam element badany. Każda z opracowanych ścieżek przetwarzania najpierw eliminuje z interferogramu trójwiązkowego układ prążków Ifb będący wynikiem interferencji wiązek odbitych od powierzchni badanego elementu. Otrzymuje się w ten sposób rozkład intensywności stanowiący sumę dwóch rodzin prążków, zawierających informację o topografii przedniej i tylnej powierzchni płytki. Poddany jest on dalszemu przetwarzaniu. W przypadku płytek klinowych, dla których liczba prążków w rozkładzie Ifb jest większa niż 5, dalsze przetwarzanie polega na rozdzieleniu dwóch układów prążków za pomocą jednoobrazowych algorytmów analizy interferogramów, np. dwuwymiarowej transformacji falkowej i transformacji Hilberta-Huanga. W pracy przetestowano również działanie innych metod: transformacji Fouriera, pseudotransformacji Wignera-Hougha i czasowej zmiany fazy w zastosowaniu do cyfrowo generowanych prążków mory. W przypadku płytek płaskorównoległych stosuje się bardziej złożone, wieloetapowe przetwarzanie, prowadzące ostatecznie do tych samych wyników, tj. informacji o przedniej powierzchni płytki i pozostałych jej parametrach. Eliminacja układu prążków Ifb z interferogramu trójwiązkowego może być zrealizowana na kilka sposobów: w interferometrze Twymana-Greena poprzez rejestrację interferogramu Ifb przy zablokowanej wiązce odniesienia i jego odjęcie od interferogramu trójwiązkowego, a w układzie Fizeau poprzez manipulacje˛ intensywnością wiązki referencyjnej lub odjęcie od siebie dwóch interferogramów trójwiązkowych z przesunięciem fazowym. Operacje te zostały opisane za pomocą wzorów wyprowadzonych w pracy. Dokładność metod została oszacowana z wykorzystaniem zarówno obrazów generowanych numerycznie jak i zarejestrowanych w układzie eksperymentalnym. Dokonano porównania uzyskanych dokładności wyznaczania rozkładów fazy z metodami referencyjnymi.
Plik pracy
rozprawa_doktorska_Zofia_Sunderland.pdf 12.1 MB

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót