ГОСТ Р 8.743-2011/
ISO/TR 14999-1:2005

Группа Т80.10

     

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

ОПТИКА И ФОТОНИКА. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И СИСТЕМ

Часть 1

Термины, определения и основные соотношения

State system for ensuring the uniformity of measurements. Optics and photonics. Interferometric measurements of optical elements and systems. Part 1. Terms, definitions and fundamental relationships

ОКС 17.180*

_______________

* В ИУС 4-2013 год ОКС 37.020. -

Примечание изготовителя базы данных.      

Дата введения 2013-03-01

     
Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы" (ФГУП "ВНИИМС")

2 ВНЕСЕН ТК 53 "Основные нормы и правила по обеспечению единства измерений" Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. N 1066-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному документу ИСО/ТО 14999-1:2005* "Оптика и фотоника. Интерферометрическое измерение оптических элементов и систем. Часть 1. Термины, определения и фундаментальные связи" (ISO/TR 14999-1:2005 "Optics and photonics - Interferometric measurement of optical elements and optical systems. Part 1: Terms, definitions and fundamental relationships")

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Техническим комитетом ISO/ТС 172/SC1 была подготовлена серия международных стандартов "Обозначения в технических чертежах оптических элементов и систем", опубликованная как ИСО 10110 под общим названием "Оптика и фотоника - Разработка технической документации на оптические элементы и системы". После предварительного опубликования этой серии и особенно ее части 5 "Допуски на отклонения формы поверхности" и части 14 "Допуски на деформации волнового фронта" стала очевидной потребность в дополнительной документации, регламентирующей необходимую для описания изготавливаемых оптических изделий информацию с учетом допусков. В связи с этим ISO/ТС 172/SC1 решил подготовить технический доклад "Интерферометрия оптических волновых фронтов и форм поверхностей оптических элементов".

В ходе дискуссий было выяснено, что впервые технический доклад или международный стандарт, подготавливаемый ИСО, имеет отношение к волновой оптике, т.е. базируется на основах не геометрической, а физической оптики.

Этот проект стандарта (технический доклад) освещает первоочередные потребности специалистов в части определения качества оптических элементов и в целом оптических систем, причем основное внимание уделено погрешностям определения параметров и искажениям волнового фронта. Эти погрешности и искажения охватывают всю шкалу пространственных частот, однако в докладе их спектр ограничен только его низкочастотным и среднечастотным диапазонами. Высокочастотные погрешности и искажения волнового фронта могут быть определены либо методами микроскопии, либо путем измерения характеристик рассеянного света или же с использованием неоптических способов зондирования поверхности.

Аналогичное ограничение было введено и применительно к диапазону длин волн излучения источников, используемых в интерферометрах: в ИСО 14999 рассматриваются методы испытаний и измерений в основном в видимом диапазоне оптического спектра. В некоторых случаях при исследовании необработанных поверхностей, полученных после шлифования, применяются -лазеры с длиной волны 10,6 мкм, а при контроле оптики, используемой в микролитографии, - эксимерные лазеры с длинами волн ~193 и ~248 нм. Однако в данном докладе эти спектральные диапазоны упоминаются в редких случаях, а остальные участки оптического спектра остаются вне рассмотрения.

     1 Область применения

Настоящий стандарт содержит термины, определения, а также фундаментальные физические и технические принципы интерферометрии оптических волновых фронтов и форм поверхностей оптических элементов. Описано влияние измеряемых волновых фронтов на выбор конструкции и способ применения того или иного интерферометра. Поскольку все виды волновых фронтов (за исключением сверхпротяженных плоских волн) изменяют свою форму по мере распространения, в настоящем стандарте приведены основополагающие сведения из теории распространения электромагнитных волн, а также описаны принципы двухлучевой интерференции.

С целью получения фазовой информации из результатов измерений распределения интенсивности как во времени, так и в пространстве, описание распространения волн в оптическом диапазоне частот проводится с использованием концепции комплексной амплитуды.

Кроме того, рассмотрены присущие интерферометрии источники систематических и случайных погрешностей.

     2 Основные положения электромагнитной теории и распространения волн

    2.1 Параметры, обозначения, единицы, константы, операторы и вычислительные процедуры

Основные параметры, обозначения, единицы и константы приведены в таблице 1, а операторы и вычислительные процедуры - в таблице 2.

Таблице 1 - Параметры, обозначения, единицы, константы

Таблица 2 - Операторы и вычислительные процедуры

     2.2 Уравнения Максвелла

Уравнения Максвелла являются фундаментом теории распространения электромагнитных волн. Для среды, не содержащей электрических зарядов и токов и обладающей пренебрежимо малой электропроводностью, уравнения Максвелла записываются в форме:

.                                                           (1)

Соотношение между и , равно как и между и , выглядит следующим образом:

.                                                                (2)

Оно справедливо применительно лишь к линейным средам.

     2.3 Электромагнитные поля в среде

Для среды с однородными распределениями и уравнения (1) трансформируются к виду:

.                                                (3)

     2.4 Скорость распространения волны

В оптически однородной и изотропной среде

.                                                         (4)

Аналогично в вакууме

.                                                       (5)

     2.5 Показатель преломления

Показателем преломления или абсолютным показателем преломления среды с проницаемостями и именуется отношение скоростей распространения волны в вакууме и в среде, т.е.

.                                                                 (6)

     2.6 Скалярное волновое уравнение

Как , так и являются векторами. Однако во многих приложениях приходится иметь дело с линейно поляризованным оптическим излучением, которое может быть полностью описано с использованием лишь одного вектора (как правило, вектора ). Тогда уравнение (3) сводится к скалярному волновому уравнению, в общем виде записываемому в форме

.                                                      (7)

Уравнение (7) соответствует дифференциальному уравнению второго порядка, a именуется световым возмущением.

Основной проблемой теории распространения света является, таким образом, определение способа или пути распространения волны от одной поверхности к другой.

     2.7 Амплитуда, угловая частота, длина волны, волновое число

Положим, что синусоидальная плоская электромагнитная волна распространяется в направлении . Тогда световое возмущение оказывается функцией двух аргументов: координаты и времени