ГОСТ Р 8.743-2011/ISO/TR 14999-1:2005 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Оптика и фотоника. Интерференционные измерения оптических элементов и систем. Часть 1. Термины, определения и основные соотношения

     2.14 Распространение асферических волн

Любая волна, описываемая более или менее сложной функцией модуля или фазы комплексной амплитуды [см. (11) и (12)], претерпевает при распространении изменения как модуля, так и фазы. Новый волновой фронт на расстоянии (см. рисунок 4) может быть вычислен с применением принципа Френеля - Гюйгенса путем определения дифракционного интеграла в пределах данного распределения комплексной амплитуды. В простейшем виде это может быть представлено с помощью вейвлетов (солитоноподобных функций) Гюйгенса, когда точки соседних волновых фронтов расположены на равных расстояниях вдоль световых лучей (рисунок 7).

Рисунок 7 - Волновой фронт и световые лучи, перпендикулярные друг другу

То же самое относится к любому асферическому (несферическому) волновому фронту. Такой волновой фронт характеризуется тем, что световые лучи не сходятся в центре, а пересекаются в области пространства, именуемой каустикой (см. рисунок 8).

1 - каустика

Рисунок 8 - Образование каустики плоско-выпуклой линзой с сильной сферической аберрацией

При измерениях асферического волнового фронта интерферометром следует избегать попадания в зону каустики, поскольку именно в этой зоне имеют место значительные изменения модуля комплексной амплитуды в поперечных координатах, что сильно затрудняет определение истинного волнового фронта. Дополнительные трудности создает нестабильность волнового фронта в зоне каустики.

Поскольку в измерениях волнового фронта принимает участие приемник излучения, следует подобрать его местоположение вдоль аксиальной оси таким образом, чтобы на его чувствительную поверхность проецировались изображения различных сечений асферического фронта. Сказанное относится к любым отклонениям волнового фронта от чисто сферической или плоской формы. Если, к тому же, исследуется отражающая поверхность, то следует принимать во внимание искажение ею фазового распределения в волновом фронте падающего на нее излучения.

Измерения фазового распределения в волновом фронте отраженного поверхностью излучения позволяют судить о степени отклонения от идеальной (нормируемой) формы поверхности. Поскольку, в свою очередь, волновой фронт претерпевает изменения по мере удаления от измеряемой поверхности, следует принять необходимые меры по ее правильному проецированию (формированию изображения) на приемной площадке приемника излучения. Это особенно необходимо, если нарушения формы поверхности содержат высокие пространственные частоты, порождающие резкое возрастание градиентов распределения фазы. Форма волнового фронта может быть существенно изменена при удалении всего лишь на несколько микрометров от поверхности, что, естественно, приводит к неверным результатам измерений.