Компьютерно-синтезированные голограммы

Синтезированная голограмма (СГ) это дифракционный элемент, рассчитанный и синтезированный с помощью компьютерных средств, позволяющий производить практически любое преобразование формы волнового фронта. Это делает СГ исключительно полезной для задач контроля асферики и лазерной оптики. СГ обычно имеет вид картины искривленных полос (или зон) нанесенных или вытравленных в материале оптической подложки. Такая картина действует на небольшом участке как дифракционная решетка (Рис.1), используя изменение периода Т для управления углом отклонения дифрагированного света sinα=mλ/T, где m — порядок дифракции. Для задач контроля обычно применяются бинарные СГ с глубиной микрорельефа h=λ/2(n-1), где n — коэффициент преломления подложки. Погрешности в нанесении картины полос, глубины рельефа и плоскостности подложки вносят ошибки ΔW (x,y) в формируемый волновой фронт и, соответственно, влияют на точность контроля.

Локальная ошибка положения зоны СГ δ приводит к появлению погрешности волнового фронта ΔWδ = -mλ(δ/T). Если СГ бинарная, фазовая, то из-за неоднородности глубины Δh травления возникает погрешность волнового фронта: ΔWh ~0.25Δh. Для наиболее точных измерений нужно стремиться использовать СГ с амплитудным пропусканием («хром на стекле»). Подложка СГ является одним из основных источников погрешностей, так как ошибки волнового фронта из-за оптических неоднородностей подложки и дифракционной структуры СГ складываются. Это особенно существенно, когда размеры СГ велики.

Особенностью применение СГ является наличие множества дифракционных порядков (ДП), распространяющихся как на отражение, так и на проход. В осевых СГ ДП всегда перекрываются, и это часто приводит к появлению яркого пятна в центре интерферограммы. Этого недостатка лишена схема с внеосевой СГ и изломом оптической оси, однако точность изготовления структуры внеосевой СГ меньше, чем осевой. Увеличение дифракционной эффективности позволяет существенно уменьшить влияние паразитных ДП. Расчет структуры СГ необходимо проводить таким образом, чтобы паразитные ДП не попадали в интерферометр.

Корректоры на основе СГ более чувствительны к юстировке, чем классические оптические элементы. Анализ показал, что для получения высокой точности измерения взаимное положение интерферометра, СГ и исследуемой поверхности должно быть выдержано с точностью в доли микрона вдоль оптической оси и по наклону в единицы угловых секунд. Однако, необходимая точность юстировки достаточно просто обеспечивается дополнительными дифракционными структурами, которые располагаются на одной подложке с основной СГ, формируя вспомогательные интерферограммы.

В качестве примера, в Таблице приведена оценка типичных погрешностей контроля асферики с применением фазовой бинарной СГ диаметром 50 мм и минимальным периодом структуры около 5 мкм. Здесь учтено то, что погрешности удваивается, когда световой поток дважды проходит СГ. Значительно увеличить точность контроля можно путем вычитании погрешностей подложки из результатов измерения.

Таблица 2. Погрешность контроля асферики с помощью СГ.