Optický plochý - Optical flat

V případě optické podložky. Průměr asi 2,5 cm. Třetí byt zleva stojí na okraji a ukazuje tloušťku.

Optický plochý povrch λ / 20 potažený hliníkem, který vytváří zrcadlo prvního povrchu

Dva optické plošiny testovány pomocí laserového světla 589 nm. Při průměru 2 palce (5,1 cm) a tloušťce 0,5 palce (13 mm) jsou oba povrchy ploché s přesností na 1/10 vlnové délky světla (58,9 nm), jak je naznačeno dokonale rovnými třásněmi.

Optický byt je optický kvalitní kus skla omývané a leštěné být extrémně ploché na jedné nebo obou stranách, obvykle během několika desítek nanometrů (miliardtin metru). Používají se s monochromatickým světlem k určení rovinnosti (přesnosti povrchu) jiných povrchů, ať už optických, kovových, keramických nebo jiných, interferencí . Když je optický byt umístěn na jiný povrch a osvětlen, odrazí se světelné vlny od spodního povrchu bytu a od povrchu, na kterém spočívá. To způsobuje jev podobný rušení tenkého filmu . Odražené vlny interferují a vytvářejí vzor interferenčních proužků viditelných jako světlé a tmavé pruhy. Rozestup mezi třásněmi je menší, kde se mezera mění rychleji, což naznačuje odklon od plochosti na jednom ze dvou povrchů. To je srovnatelné s vrstevnicemi, které byste našli na mapě. Rovný povrch je označen vzorem rovných, rovnoběžných proužků se stejnými roztečemi, zatímco jiné vzory označují nerovné povrchy. Dvě sousední třásně indikují rozdíl ve výšce jedné poloviny vlnové délky použitého světla, takže spočítáním třásní lze měřit rozdíly ve výšce povrchu na lepší než jeden mikrometr.

Obvykle pouze jeden ze dvou povrchů optického plochého povrchu je vyroben plochý se specifikovanou tolerancí a tento povrch je označen šipkou na okraji skla.

Optické plošky jsou někdy opatřeny optickým povlakem a používají se jako přesná zrcadla nebo optická okna pro speciální účely, například ve interferometru Fabry-Pérot nebo v laserové dutině . Optické plošiny mají využití také ve spektrofotometrii .

Testování rovinnosti

Testování rovinnosti povrchů pomocí optických ploch. Levý povrch je plochý; pravý povrch je astigmatický , se zakřivením ve dvou ortogonálních směrech.

Optický plochý test, při kterém je úhlová velikost světelného zdroje příliš malá. Rušivé proužky se zobrazují pouze v odrazu, takže světlo musí vypadat větší než ploché.

Optický povrch se obvykle umístí na plochý povrch, který má být testován. Pokud je povrch dostatečně čistý a dostatečně reflexní, vytvoří se duhové pruhy interferenčních proužků, když je zkušební vzorek osvětlen bílým světlem. Pokud se však k osvětlení obrobku použije monochromatické světlo, jako je helium, nízkotlaký sodík nebo laser, vytvoří se řada interferenčních proužků tmavé a světlé. Tyto interferenční proužky určují rovinnost obrobku vzhledem k optické ploše s přesností na zlomek vlnové délky světla. Pokud mají oba povrchy naprosto stejnou rovnost a jsou navzájem rovnoběžné, nevzniknou žádné interferenční proužky. Mezi povrchy však obvykle zůstává nějaký vzduch. Pokud jsou povrchy ploché, ale mezi nimi existuje malý optický klín vzduchu, vytvoří se rovné, paralelní interferenční proužky, které indikují úhel klínu (tj. Více, tenčí proužky označují strmější klín, zatímco méně, ale širší proužky naznačují méně klínu). Tvar třásní také naznačuje tvar zkušebního povrchu, protože třásně s ohybem, obrysem nebo kroužky označují vysoké a nízké body na povrchu, jako jsou zaoblené hrany, kopce nebo údolí nebo konvexní a konkávní povrchy.

Příprava

Optický povrch i testovaný povrch musí být mimořádně čisté. Nejmenší kousek prachu usazeného mezi povrchy může výsledky zničit. Dokonce i tloušťka pruhu nebo otisku prstu na površích může stačit ke změně šířky mezery mezi nimi. Před zkouškou jsou povrchy obvykle velmi důkladně vyčištěny. Nejčastěji se jako čisticí prostředek používá aceton , protože rozpouští většinu olejů a zcela se odpařuje a nezanechává žádné zbytky. Typicky bude povrch čištěn metodou „tažení“, při které je tkáň bez chuchvalců a škrábanců navlhčena, napnuta a tažena přes povrch, přičemž spolu s ní jsou taženy všechny nečistoty. Tento proces se obvykle provádí desítkykrát, což zajišťuje, že je povrch zcela bez nečistot. Pokaždé bude nutné použít novou tkáň, aby se zabránilo opětovné kontaminaci povrchů dříve odstraněným prachem a oleji.

Testování se často provádí v čisté místnosti nebo v jiném bezprašném prostředí, aby se prach neusazoval na povrchech mezi čištěním a montáží. Někdy mohou být povrchy spojeny jejich posunutím k sobě, což pomáhá seškrábat veškerý prach, který by mohl dopadnout na byt. Testování se obvykle provádí v prostředí s řízenou teplotou, aby se zabránilo jakémukoli zkreslení skla, a je třeba jej provádět na velmi stabilním pracovním povrchu. Po testování jsou byty obvykle znovu vyčištěny a uloženy v ochranném pouzdře a až do dalšího použití jsou často uchovávány v prostředí s řízenou teplotou.

Osvětlení

Pro dosažení nejlepších výsledků zkoušky se k osvětlení ploch používá monochromatické světlo skládající se pouze z jedné vlnové délky. Pro správné zobrazení proužků je třeba při nastavování světelného zdroje vzít v úvahu několik faktorů, jako je úhel dopadu mezi světlem a pozorovatelem, úhlová velikost světelného zdroje ve vztahu k zornici oka, a homogenita světelného zdroje při odrazu od skla.

Lze použít mnoho zdrojů pro monochromatické světlo. Většina laserů vyzařuje světlo velmi úzké šířky pásma a často poskytuje vhodný zdroj světla. A laserové helium-neonový emituje světlo při 632 nm (červená), zatímco frekvence se zdvojnásobila Nd: YAG laser emituje světlo při 532 nm (zelená). Různé laserové diody a diody čerpané polovodičové lasery vyzařují světlo v červené, žluté, zelené, modré nebo fialové barvě. Barvové lasery lze vyladit tak, aby vydávaly téměř jakoukoli barvu. Lasery však také zažívají jev zvaný laserová skvrna , který se objevuje na okraji.

Lze použít i několik plynových nebo kovových výbojek. Když jsou tyto lampy provozovány při nízkém tlaku a proudu, obecně produkují světlo v různých spektrálních řádcích , přičemž jedna nebo dvě linky jsou nejvíce převládající. Vzhledem k tomu, že tyto řádky jsou velmi úzké, lze lampy kombinovat s úzkopásmovými filtry a izolovat tak nejsilnější linku. Heliová výbojka vytvoří linku při 587,6 nm (žlutá), zatímco rtuťová výbojka produkuje linii při 546,1 (žlutozelená). Pára kadmia produkuje linii při 643,8 nm (červená), ale nízkotlaký sodík produkuje linii při 589,3 nm (žlutá). Ze všech světel je nízkotlaký sodík jediný, který produkuje jedinou linku a nevyžaduje žádný filtr.

Třásně se objevují pouze v odrazu světelného zdroje, takže optický povrch musí být viděn z přesného úhlu dopadu, který na něj světlo svítí. Při pohledu z nulového úhlu (přímo z výše) musí být světlo také v nulovém úhlu. Při změně úhlu pohledu se musí změnit také úhel osvětlení. Světlo musí být umístěno tak, aby bylo možné vidět jeho odraz pokrývající celou plochu. Rovněž úhlová velikost světelného zdroje musí být mnohonásobně větší než oko. Například pokud je použito žárovkové světlo, mohou se třásně objevit pouze v odrazu vlákna. Pohybem lampy mnohem blíže k ploše se úhlová velikost zvětší a vlákno může vypadat, že pokrývá celou plochu, což poskytuje jasnější hodnoty. Někdy lze použít difuzor , jako je práškový lak uvnitř matných žárovek, aby se zajistil homogenní odraz od skla. Měření budou obvykle přesnější, když je zdroj světla co nejblíže bytu, ale oko je co nejdále.

Jak se tvoří interferenční proužky

Jak rušení funguje. Vzdálenost mezi jasným proužkem (a) a tmavým proužkem (b) naznačuje změnu délky světelné dráhy o 1/2 vlnové délky, tedy změnu šířky mezery o 1/4 vlnové délky. Takže vzdálenost mezi dvěma jasnými nebo tmavými třásněmi naznačuje změnu mezery o 1/2 vlnové délky. Mezera mezi povrchy a vlnovou délkou světelných vln je značně přehnaná.

Diagram vpravo ukazuje optický povrch spočívající na testovaném povrchu. Pokud tyto dva povrchy nejsou dokonale ploché, bude mezi nimi malá mezera (zobrazeno) , která se bude lišit podle obrysu povrchu. Monochromatické světlo (červené) prosvítá skleněnou plochou a odráží se jak od spodní plochy optické plochy, tak od horní plochy zkušebního kusu, a oba odražené paprsky se kombinují a překrývají . Paprsek odrážející se od spodního povrchu však cestuje delší cestou. Dodatečná délka dráhy se rovná dvojnásobku mezery mezi povrchy. Paprsek odrážející se od spodního povrchu navíc prochází fázovým obrácením o 180 °, zatímco vnitřní odraz druhého paprsku od spodní strany optické plošky nezpůsobuje žádné fázové obrácení. Jas odraženého světla závisí na rozdílu v délce dráhy dvou paprsků:

Pokud mezera mezi povrchy není konstantní, má tato interference za následek pozorování vzoru jasných a tmavých čar nebo pásů nazývaných „ interferenční proužky “ na povrchu. Jsou podobné obrysovým čarám na mapách, které odhalují výškové rozdíly spodní testovací plochy. Mezera mezi povrchy je konstantní podél okraje. Rozdíl délky dráhy mezi dvěma sousedními světlými nebo tmavými třásněmi je jedna vlnová délka světla, takže rozdíl v mezeře mezi povrchy je poloviční vlnová délka. Protože vlnová délka světla je tak malá, může tato technika měřit velmi malé odchylky od plochosti. Například vlnová délka červeného světla je asi 700 nm, takže výškový rozdíl mezi dvěma třásněmi je poloviční nebo 350 nm, což je asi 1/100 průměru lidského vlasu.

Matematická derivace

Změnu jasu odraženého světla jako funkci šířky mezery lze zjistit odvozením vzorce pro součet dvou odražených vln. Předpokládejme, že osa z je orientována ve směru odražených paprsků. Pro jednoduchost předpokládejme, že intenzita A dvou paprsků odraženého světla je stejná (téměř nikdy to není pravda, ale výsledkem rozdílů v intenzitě je jen menší kontrast mezi světlými a tmavými proužky). Rovnice elektrického pole sinusového paprsku světla odraženého od horního povrchu pohybujícího se podél osy z je ${\ displaystyle d \,}$

${\ displaystyle E_ {1} (z, t) = A \ cos \ vlevo ({\ frac {2 \ pi z} {\ lambda}} - \ omega t \ vpravo)}$

kde je amplituda špičky, λ je vlnová délka a je úhlová frekvence vlny. Paprsek odražený od spodního povrchu bude zpožděn o další délku dráhy a 180 ° fázový obrat v odrazu, což způsobí fázový posun vzhledem k hornímu paprsku ${\ displaystyle A \,}$${\ displaystyle \ omega = 2 \ pi f \,}$ ${\ displaystyle \ phi \,}$

${\ displaystyle E_ {2} (z, t) = A \ cos \ vlevo ({\ frac {2 \ pi z} {\ lambda}} - \ omega t + \ phi \ vpravo) \,}$

kde je fázový rozdíl mezi vlnami v radiánech . Obě vlny se superponují a přidají: součet elektrických polí těchto dvou vln je ${\ textstyle \ phi \,}$

${\ displaystyle E = E_ {1} + E_ {2} = A \ left [\ cos \ left ({\ frac {2 \ pi z} {\ lambda}} - \ omega t \ right) + \ cos \ left ({\ frac {2 \ pi z} {\ lambda}} - \ omega t + \ phi \ right) \ right] \,}$

Pomocí trigonometrické identity pro součet dvou kosinů: to lze zapsat ${\ displaystyle \ cos a + \ cos b = 2 \ cos \ doleva ({a + b \ nad 2} \ doprava) \ cos \ doleva ({ab \ nad 2} \ doprava) \,}$

${\ displaystyle E = 2A \ cos \ left ({\ phi \ nad 2} \ right) \ cos \ left ({2 \ pi z \ over \ lambda} - \ omega t + {\ phi \ nad 2} \ right) \,}$

To představuje vlnu na původní vlnové délce, jejíž amplituda je úměrná kosinu , takže jas odraženého světla je oscilační, sinusovou funkcí šířky mezery d . Fázový rozdíl se rovná součtu fázového posuvu v důsledku rozdílu délky dráhy 2 d a dalšího 180 ° fázového posuvu při odrazu ${\ textstyle {\ frac {\ phi} {2}}}$${\ textstyle \ phi}$${\ textový styl {2 \ pi \ over \ lambda} (2d) \,}$

${\ displaystyle \ phi = {4 \ pi d \ over \ lambda} + \ pi = 2 \ pi \ left ({2d \ over \ lambda} + {1 \ over 2} \ right)}$

takže elektrické pole výsledné vlny bude

${\ displaystyle E = 2A \ cos \ doleva [\ pi \ doleva ({2d \ nad \ lambda} + {1 \ nad 2} \ doprava) \ doprava] \ cos \ doleva [{2 \ pi z \ nad \ lambda } - \ omega t + \ pi \ left ({2d \ over \ lambda} + {1 \ over 2} \ right) \ right] \,}$

To představuje oscilační vlnu, jejíž velikost se sinusově mění mezi a nulou, jak se zvyšuje. ${\ displaystyle 2A}$${\ displaystyle d}$

• Konstruktivní interference : Jas bude maximální tam , kde nastane, když ${\ displaystyle \ left | \ cos \ pi \ left ({2d \ over \ lambda} + {1 \ over 2} \ right) \ right | = 1 \,}$

  ${\ displaystyle {\ begin {zarovnáno} \ pi \ left ({2d \ over \ lambda} + {1 \ over 2} \ right) & = n \ pi, \ quad n \ in {0,1,2, \ ldots} \\\ Rightarrow d & = \ left (n- {1 \ over 2} \ right) {\ lambda \ over 2} \ end {aligned}}}$

• Destruktivní interference : Jas bude nulový (nebo obecněji minimální), kde , ke kterému dojde, když ${\ displaystyle \ left | \ cos \ pi \ left ({2d \ over \ lambda} + {1 \ over 2} \ right) \ right | = 0 \,}$

  ${\ displaystyle {\ begin {zarovnáno} \ pi \ left ({2d \ over \ lambda} + {1 \ over 2} \ right) & = \ left (n + {1 \ over 2} \ right) \ pi, \ quad n \ in {0,1,2, \ ldots} \\\ Rightarrow d & = n {\ lambda \ over 2} \ end {aligned}}}$

Světlé a tmavé třásně se tedy střídají, přičemž oddělení mezi dvěma sousedními světlými a tmavými třásněmi představuje změnu délky mezery jedné poloviny vlnové délky (λ / 2).

Přesnost a chyby

Dva λ / 10 ploch při 589 nm. Ačkoli oba povrchy mají určité nepravidelnosti, test ukazuje, že jsou oba vzájemně ploché. Jak postupuje ždímání, tenké třásně se rozšiřují, dokud nezůstane jen jediný třásně.

Tepelný obraz optického bytu po manipulaci na několik sekund. Teplejší oblasti zvyšují tloušťku ploch nad chladnějšími oblastmi a odpovídajícím způsobem zkreslují povrch.

Counterintuitively, třásně neexistují uvnitř mezery nebo bytu sám. Rušivé pruhy se skutečně tvoří, když se všechny světelné vlny sbíhají v oku nebo fotoaparátu a tvoří obraz. Vzhledem k tomu, že obraz je kompilací všech konvergujících vlnových front navzájem interferujících, lze rovinnost zkušebního kusu měřit pouze ve vztahu k rovinnosti optické plošky. Jakékoli odchylky na ploše budou přidány k odchylkám na zkušebním povrchu. Proto povrch leštěný na rovinnost λ / 4 nelze účinně testovat s plochou λ / 4, protože není možné určit, kde leží chyby, ale jeho obrysy lze odhalit testováním s přesnějšími povrchy, jako je λ / 20 nebo λ / 50 optický plochý. To také znamená, že osvětlení i úhel pohledu mají vliv na přesnost výsledků. Při osvětlení nebo pohledu pod úhlem je vzdálenost, kterou musí světlo projít mezerou, delší než při pohledu a přímém osvětlení. Jak se bude úhel dopadu strmější, budou se také okraje pravděpodobně pohybovat a měnit. Úhel dopadu nulového stupně je obvykle nejžádanějším úhlem, a to jak pro osvětlení, tak pro sledování. Toho je bohužel obvykle nemožné dosáhnout pouhým okem. Mnoho interferometrů používá k získání takového úhlu rozdělovače paprsků . Protože výsledky jsou relativní k vlnové délce světla, lze přesnost také zvýšit použitím světla s kratšími vlnovými délkami, ačkoli jako standard se často používá 632 nm linie z helium-neonového laseru.

Žádný povrch není nikdy úplně plochý. Jakékoli chyby nebo nesrovnalosti, které existují na optické ploše, proto ovlivní výsledky testu. Optické plochy jsou extrémně citlivé na změny teploty, které mohou způsobit dočasné odchylky povrchu v důsledku nerovnoměrné tepelné roztažnosti . Sklo často vykazuje špatné tepelné vedení a dosažení tepelné rovnováhy trvá dlouho . Pouhá manipulace s plochami může přenášet dostatek tepla k vyrovnání výsledků, proto se používají skla, jako je tavený oxid křemičitý nebo borosilikát , které mají velmi nízké koeficienty tepelné roztažnosti. Sklo musí být tvrdé a velmi stabilní a obvykle je velmi silné, aby se zabránilo jeho ohnutí . Při měření na nanometrické stupnici může sebemenší kousek tlaku způsobit, že se sklo dostatečně ohne, aby zkreslilo výsledky. Proto je také zapotřebí velmi rovná a stabilní pracovní plocha, na které lze provést zkoušku, která zabrání propadnutí ploché i zkušební části pod jejich kombinovanou hmotností. Často se používá přesně broušená povrchová deska jako pracovní plocha, která poskytuje stabilní desku pro testování. Aby byl zajištěn ještě rovnější povrch, může být někdy test proveden na vrchu jiné optické plochy, přičemž testovací povrch je vložen uprostřed.

Absolutní plochost

Absolutní rovinnost je plochost objektu měřená proti absolutní stupnici , ve které je referenční rovina (standard) zcela bez nepravidelností. Rovinnost jakéhokoli optického bytu je relativní k plochosti původního standardu, který byl použit k jeho kalibraci. Proto, protože oba povrchy mají nějaké nepravidelnosti, existuje několik způsobů, jak poznat skutečnou, absolutní rovinnost jakéhokoli optického bytu. Jediným povrchem, který může dosáhnout téměř absolutní rovinnosti, je povrch kapaliny, jako je rtuť, a někdy může dosáhnout hodnot rovinnosti v rozmezí λ / 100, což odpovídá odchylce pouze 6,32 nm (632 nm / 100). Tekuté plošky se však velmi obtížně používají a správně zarovnávají, proto se obvykle používají pouze při přípravě standardního plošku pro kalibraci jiných ploch.

Druhou metodou pro stanovení absolutní rovinnosti je „tříplochý test“. V tomto testu jsou testovány tři ploché plochy stejné velikosti a tvaru. Analýzou vzorů a jejich různých fázových posunů lze extrapolovat absolutní obrysy každého povrchu. To obvykle vyžaduje alespoň dvanáct individuálních testů, přičemž se kontroluje každý byt proti každému druhému v alespoň dvou různých orientacích. Aby se vyloučily případné chyby, mohou být ploché plochy někdy testovány při odpočinku na hraně, místo aby ležely naplocho, což pomáhá zabránit prohýbání.

Ždímání

Optické plošky používané ke kalibraci kovových dílů

K ždímání dochází, když je téměř veškerý vzduch vytlačen z mezi povrchy, což způsobí, že se povrchy zablokují dohromady, částečně vakuem mezi nimi. Plochější povrchy; tím lépe se budou žmýkat, zvlášť když rovinnost sahá až k okrajům. Jsou-li dva povrchy velmi ploché, mohou se spolu tak pevně zmáčknout, že k jejich oddělení může být zapotřebí velké síly.

Rušivé proužky se obvykle tvoří až poté, co se optický povrch začne ždímat na testovací povrch. Pokud jsou povrchy čisté a velmi rovné, začnou se žmýkat téměř okamžitě po prvním kontaktu. Po začátku ždímání, když je vzduch pomalu vytlačován z povrchu, se mezi povrchy vytvoří optický klín. Rušivé proužky se tvoří kolmo na tento klín. Když je vzduch vytlačován ven, zdá se, že se třásně pohybují směrem k nejsilnější mezeře, rozšiřují se a stávají se širšími, ale méně. Jak je vzduch vytlačován, podtlak, který drží povrchy pohromadě, je silnější. Obvykle by nikdy nemělo být umožněno, aby se optický plochý povrch zcela vyždímal na povrch, jinak by se při jeho oddělení mohl poškrábat nebo dokonce zlomit. V některých případech, je-li ponechán po mnoho hodin, může být zapotřebí dřevěný blok, který je uvolní. Testování rovinnosti optickým plochým povrchem se obvykle provádí, jakmile se vytvoří životaschopný interferenční obrazec, a poté se povrchy oddělí, než se mohou úplně vyždímat. Vzhledem k tomu, že úhel klínu je extrémně mělký a mezera extrémně malá, může vyždímání trvat několik hodin. Klouzání po ploše vzhledem k povrchu může vyždímání urychlit, ale snaha vytlačit vzduch bude mít malý účinek.

Pokud jsou povrchy nedostatečně rovné, pokud na povrchu existují olejové filmy nebo nečistoty, nebo pokud mezi povrchy dopadají malé částice prachu, nemusí vůbec ždímat. Proto musí být povrchy velmi čisté a bez nečistot, aby bylo možné dosáhnout přesného měření.

Určení tvaru povrchu

1. Počáteční vyždímání, 532 nm,
2. Počáteční vyždímání, bílé světlo,
3. Ždímání, 1 hodina,
4. Ždímání, 2 hodiny,
5. Plně vyždímaný,
6. Plně vyždímaný v bílém světle. Okno je spíše konkávní než konvexní.

Optické okno z plaveného skla . Umístěním pravítka přes obraz, který sousedí s třásněmi, a počítáním, kolik třásní jej protíná, lze měřit rovnost povrchu podél libovolné čáry. Okno má rovinnost 4–6λ (~ 2100–3100 nm) na palec. 

Optický plochý test v zelené i červené barvě. Vlnové délky jsou téměř harmonické protiklady (zelená je λ / 4 kratší), takže třásně se překrývají s každou čtvrtou červenou třásní (každá pátá zelená třásně) a interferují a vytvářejí žluté třásně.

Třásně fungují velmi podobně jako čáry na topografické mapě, kde jsou třmeny vždy kolmé na klín mezi povrchy. Při prvním ždímání je ve vzduchovém klínu velký úhel a třásně budou připomínat mřížkové topografické čáry. Pokud jsou třásně rovné; pak je povrch plochý. Pokud je možné povrchy zcela vyždímat a stát se rovnoběžnými, přímé třásně se rozšíří, dokud nezůstane jen tmavá třásně, a úplně zmizí. Pokud povrch není rovný, budou mít čáry mřížky v sobě nějaké ohyby, které označují topografii povrchu. Rovné třásně s ohyby mohou naznačovat vyvýšenou výšku nebo depresi. Přímé třásně s tvarem „V“ uprostřed označují hřeben nebo údolí protékající středem, zatímco přímé třásně s křivkami blízko konců označují hrany, které jsou buď zaoblené, nebo mají vyvýšený ret.

Pokud povrchy nejsou úplně rovné, postupující žmýkání se třásně rozšíří a budou se nadále ohýbat. Když jsou úplně vyždímané, budou se podobat obrysovým topografickým čarám, což naznačuje odchylky na povrchu. Zaoblené třásně naznačují jemné šikmé nebo mírně válcovité povrchy, zatímco těsné rohy třásní označují ostré úhly v povrchu. Malé, kulaté kruhy mohou znamenat hrboly nebo prohlubně, zatímco soustředné kruhy naznačují kuželovitý tvar. Nerovnoměrně rozmístěné soustředné kruhy označují konvexní nebo konkávní povrch. Před úplným vyždímáním povrchů budou tyto třásně zkresleny v důsledku přidaného úhlu vzduchového klínu, který se při pomalém vytlačování vzduchu změní na kontury.

Jedna tmavá třásně má stejnou tloušťku mezery podle čáry, která prochází celou délkou třásně. Sousední jasný proužek bude indikovat tloušťku, která je buď o 1/2 užší vlnové délky, nebo o 1/2 širší vlnové délky. Čím tenčí a bližší jsou třásně; strmější je sklon, zatímco širší třásně, které jsou od sebe vzdáleny, vykazují mělčí sklon. Bohužel není možné určit, zda třásně indikují stoupání nebo klesání z jediného pohledu na samotné třásně, protože sousední třásně mohou jít oběma směry. Prstenec soustředných kruhů může naznačovat, že povrch je buď konkávní nebo konvexní, což je účinek podobný iluzi duté masky .

Existují tři způsoby, jak otestovat tvar povrchu, ale nejběžnější je „zkouška tlakem prstu“. V této zkoušce se na plochou plochu působí mírným tlakem, aby se zjistilo, kterým směrem se třásně pohybují. Třásně se vzdálí od úzkého konce klínu. Je-li testovací povrch konkávní, při působení tlaku na střed prstenců se plochá část trochu ohne a třásně se budou pohybovat dovnitř. Pokud je však povrch konvexní, bude plochý v bodovém kontaktu s povrchem v tomto místě, takže nebude mít žádný prostor k ohýbání. Třásně tak zůstanou nehybné, pouze se trochu rozšíří. Pokud na okraj bytu působí tlak, stane se něco podobného. Pokud je povrch konvexní, plochý se trochu zakolísá, což způsobí, že se třásně posunou směrem k prstu. Pokud je však povrch konkávní, plochý se trochu ohne a třásně se budou pohybovat od prstu směrem ke středu. Ačkoli se tomu říká tlaková zkouška „prstem“, často se používá dřevěná hůl nebo nějaký jiný nástroj, aby se zabránilo zahřívání skla (přičemž pouhá hmotnost párátka je často dostatečný tlak).

Další metoda zahrnuje vystavení plochého bílému světlu, umožnění vytvoření duhových třásní a následné zatlačení do středu. Je-li povrch konkávní, dojde k dotyku bodu podél okraje a vnější třásně ztmavnou. Pokud je povrch konvexní, dojde ve středu k bodovému kontaktu a střední třásně ztmavnou. Stejně jako popouštějící barvy oceli budou třásně na užší straně třásně mírně nahnědlé a na širší straně modré, takže pokud bude povrch konkávní, bude modrá na vnitřní straně prstenů, ale pokud bude konvexní, bude modrá být venku.

Třetí metoda zahrnuje pohyb oka ve vztahu k ploše. Při pohybu oka z nulového úhlu dopadu do šikmého úhlu se budou třásně pohybovat. Pokud je testovací povrch konkávní, objeví se třásně, které se pohybují směrem ke středu. Pokud je povrch konvexní, třásně se budou pohybovat od středu. Pro získání skutečně přesného odečtu povrchu by měl být test obvykle proveden alespoň ve dvou různých směrech. Jako čáry mřížky představují třásně pouze část mřížky, takže údolí probíhající po povrchu se může ukázat jako mírný ohyb třásně pouze v případě, že běží rovnoběžně s údolím. Pokud je však optická plošina otočena o 90 stupňů a znovu otestována, třásně budou probíhat kolmo k údolí a v okrajových proužcích se budou zobrazovat jako řada kontur ve tvaru „V“ nebo „U“. Testováním ve více než jedné orientaci lze vytvořit lepší mapu povrchu.

Dlouhodobá stabilita

Během přiměřené péče a používání si optické plošiny musí po dlouhou dobu udržovat svou rovinnost. Proto se pro výrobu materiálu často používají tvrdá skla s nízkými koeficienty tepelné roztažnosti, jako je například tavený oxid křemičitý . Několik laboratorních měření teploty místnosti, optických ploch z taveného křemene však ukázalo pohyb v souladu s viskozitou materiálu řádově 10 ¹⁷ –10 ¹⁸ Pa · s . To odpovídá odchylce několika nanometrů v průběhu desetiletí. Protože rovinnost optického bytu je relativní k plochosti původního zkušebního bytu, lze skutečnou (absolutní) rovinnost v době výroby určit pouze provedením testu interferometru s použitím tekutého bytu nebo provedením „tří bytu“ test “, ve kterém jsou interferenční vzory produkované třemi plochami počítačově analyzovány. Několik provedených testů ukázalo, že na povrchu taveného oxidu křemičitého někdy dochází k odchylce. Testy však ukazují, že deformace může být sporadická, přičemž pouze některé z ploch se deformují během zkušebního období, některé se částečně deformují a jiné zůstanou stejné. Příčina deformace není známa a nikdy by nebyla viditelná lidským okem po celý život. (Plocha λ / 4 má normální povrchovou odchylku 158 nanometrů, zatímco plošina λ / 20 má normální odchylku nad 30 nm.) Tato deformace byla pozorována pouze u taveného oxidu křemičitého, zatímco sodnovápenaté sklo stále vykazuje viskozita 10 ⁴¹  Pa · s, což je o mnoho řádů vyšší.

Viz také

• Newtonovy prsteny
• Optické spojení kontaktů
• Gauge block , další typ součásti určené pro rovinnost

Reference