L’interferometro Smartt o la sua evoluzione, il fase-shift point diffraction interferometer è probabilmente il più accurato possibile e non è nemmeno costoso. Ha i suoi limiti, non è tutto uguale, come ad esempio il fatto che abbiamo bisogno di un fuoco per creare un’onda di riferimento con un foro. Se il fuoco è a una grande apertura numerica, il foro può essere davvero piccolo, quindi bisogna considerare la possibilità che possa evaporare quando si vuole effettivamente utilizzarlo. Ma tutto ciò può essere superato con un po’ di ingegneria attenta, soprattutto con sorgenti a impulsi come gli Excimer o i laser Q-switched. Per i fori di dimensioni micron probabilmente non ci sono problemi perché comunque è necessario regolare l’esposizione per registrare l’interferogramma su una macchina fotografica, che di solito è molto sensibile.

Un altro svantaggio è che non è un interferometro flessibile. È più un strumento personalizzato realizzato per sistemi specifici. Ciò detto, non è costoso da realizzare: un pinhole, un attuatore e un altro (di facile reperibilità) possono essere modificati presso il vostro negozio di meccanica di precisione locale. Questo è quello che ho fatto la prima volta che ne ho avuto bisogno. Con meno di 5.000 a 8.000 di attuatori e pinhole, e un po’ di software, abbiamo un strumento che è almeno lambda/200 o addirittura lambda/300 accurato e lambda/500 a lambda/2000 stabile, a seconda della dimensione dell’apertura e dell’ambiente termico in cui si trova l’interferometro.

Precisione

Questo livello di precisione non può essere ottenuto da alcuna fonte commerciale di cui io sia a conoscenza. Probabilmente dovremmo anche qualificare la dichiarazione relativa alla precisione di lambda/300. Poiché l’interferometro a punto di diffrazione genera il suo riferimento utilizzando qualsiasi onda frontale che viene misurata, la referenza sarà solo un’onda perfettamente sferica se il foro è illuminato con un’onda perfettamente sferica. In realtà, è più un interferometro preciso a 3-3,5% per l’ottica al limite della diffrazione o al di sotto. Alcune aberrazioni sono più attenuate (come la sfera o la potenza) e altre meno (come la coma). Quindi il numero 3-3,5% è simile a qualcosa come una media aggregata, e poiché il valore RMS per il fronte d’onda secondo il criterio di Rayleigh è dell’ordine di 0,07 a 0,08 (dipendente dal fronte d’onda), arriveremo a qualcosa come 1/0,075/0,035 = 380. Nella pratica, ci sono alcune variazioni operative durante l’allineamento e la messa a fuoco sul foro, oltre a altre cose.

Nella pratica, si possono osservare gli effetti della deformazione degli elementi dell’obiettivo quando sono montati con una forza meccanica leggermente diversa. Questo interferometro assomiglia quasi ad uno strumento matematico. Non fraintendetemi: mi piacciono i sensori Shack-Hartmann. Quando vengono utilizzati per il lavoro giusto, non c’è niente di meglio, ma quando cerchiamo di portarli al di sotto dei 10 nm RMS, è necessario un elevato grado di controllo sugli errori sistematici. Con l’interferometro di diffrazione puntiforme praticamente non ci sono domande. Vedete quello che avete.

Lo spostamento di fase viene effettuato con un grilletto grossolano (di tipo Ronchi) e la scelta progettuale principale è se il fronte ondale debba essere misurato attraverso l’ordine di diffrazione 0 o 1. Possiamo scegliere di misurare con o senza un obiettivo di proiezione di banda, ma se non lo adottiamo diventa difficile identificare l’apertura pupillare che definisce il sistema ottico da misurare. Pertanto, è preferibile utilizzare un obiettivo di proiezione di banda, ma ciò ci costringe naturalmente a rispondere alla domanda sull’errore di misura aggiunto dalle ottiche tra il foro e la fotocamera.

Se decidiamo di misurare con l’ordine 0 utilizzando un numero di bande molto elevato (che determina la risoluzione di questo strumento), dovremo calibrare la proiezione delle bande usando due fori, il che è un po’ complicato perché ora dobbiamo inserire due foci attraverso due fori allo stesso tempo. Questo paio di fori deve essere realizzato su misura se vogliamo ottenere la massima precisione del fronte d’onda possibile. D’altro canto, avremo risultati piuttosto accurati senza calibrazione, soprattutto se l’ottica per la proiezione delle bande è corretta per la coma, ben allineata e il numero di bande (la risoluzione dell’interferometro) non è troppo elevato, diciamo tra le 50 e le 70 bande.

Compromessi

Se l’obiettivo è la risoluzione più elevata possibile e si utilizzano semplici ottiche a proiezione laterale, possiamo misurare fino al 1° ordine. Il vantaggio di questo metodo è che possiamo ottenere un contrasto laterale vicino al 100%, aspetto che è bello da vedere ma che in realtà non è molto importante, ma ciò che è più importante è che la calibrazione viene eseguita utilizzando una fessura che isola gli ordini di diffrazione 0 e 1, che vengono utilizzati durante la misurazione. Questa apertura è molto semplice da realizzare o acquistare come componente standard. In questo caso, però, dobbiamo effettuare la calibrazione. L’interferometro qui mostrato è di questo tipo. L’obiettivo a proiezione laterale è semplicemente un singolo plano-convexfico con una lunghezza focale che regola la dimensione dell’immagine pupillare in base alla camera. La calibrazione semplice si occupa di coma lineare (e degli effetti di diffrazione conica se il reticolo è nel fascio convergente) e, finché non spostiamo il foro, non dobbiamo effettuare alcuna nuova calibrazione, motivo per cui tutto avviene direttamente sul tavolo e può essere spostato oltre il campo di misura. Quando necessario, la calibrazione richiede un tempo di circa un minuto.

Questa è, senza dubbio, la configurazione di interferometro che preferisco. Ci sono cose che bisogna fare correttamente, come ad esempio assicurarsi che le scanalature del grilletto di trasmissione siano dritte. In questo caso particolare, il grilletto è stato prodotto presso Chalmers MC2 in un wafer monossilicato inciso utilizzando il processo Bosh (ma esistono altri modi), e per finire, si può verificare la rettitudine delle scanalature usando l'interferometro senza toccare la griglia.

Sulle immagini

Questa particolare configurazione misurava un relè di dimensioni ridotte da 60 kg con un raggio di lavoro di 600 mm e un’apertura dell’obiettivo di circa 0,05. Non esisteva alcun modo pratico per accedere al piano di Fourier, motivo per cui l’interferometro si trova completamente al di fuori di questo sistema ottico.

Per concludere con un aneddoto, la gara di 60 kg è finita su quel tavolo ottico perché il suo produttore non ha potuto verificare le sue prestazioni. C’era motivo di credere che fossero disallineate, ma cosa e quanto, nessuno lo sapeva. Dopo un’analisi di 15 minuti del campo, una linea perfettamente retta sul campo nella Z6 è apparsa a circa 150 milli di onde ai punti di contatto. Classico. Un po’ di test in Zemax hanno rivelato che spostare l’immagine di 0,8 mm inclinando uno specchio avrebbe invertito la Z6 lineare, quindi abbiamo fatto così. Bingo. Niente più Z6 lineare. Come se fosse stato matematicamente annullato. Ecco perché amo questo interferometro. È uno strumento così pulito da usare.