بخشی از مقاله
چکیده
میکروسکوپ تداخلی نور نیمههمدوس، وسیلهای برای سنجش ناهمواری سطوح بازتابی است. استفاده از نور نیمههمدوس به عنوان چشمهی نور این میکروسکوپ، امکان سنجش ناهمواری سطوح با زبری بالا را فراهم میکند. در این مقاله، به طراحی و پیادهسازی میکروسکوپ تداخلی نور نیمه همدوس میرائو پرداخته شده است و روش تحلیل دادههای بهدست آمده به وسیلهی میکروسکوپ بیان شده است. در ادامه نتایج بررسی یک نمونهی بازتابی کروی به کمک میکروسکوپ تداخلی ارائه شده و پارامترهای هندسی آن بهدست آمده است.
مقدمه
تداخلسنجی روشی برپایهی پدیده تداخل نور، برای اندازهگیری کمیتهای مختلف مانند ضریبشکست، دما، فشار و ناهمواریهای سطوح است. میکروسکوپهای تداخلی برهمین اساس و برای بررسی نمونههای میکروسکوپی طراحی و ساخته میشوند .[1] میکروسکوپهای تداخلی مایکلسون، میرائو و لینیک از شناختهشدهترین میکروسکوپهای تداخلی هستند. ساختار همه این میکروسکوپها بر پایه تداخلسنج مایکلسون است و از روابط تداخل دوباریکهای پیروی میکند .[2]
بهکارگیری یک چشمهی نور با همدوسی بالا، مانند لیزر، برای نوردهی میکروسکوپهای تداخلی بازتابی، به دلیل سادگی در تشکیل فریزهای تداخلی، روشی مرسوم به شمار میآید. در این روش، ناهمواری سطوح با اندازهگیری اختلاف فاز ناشی از اختلاف راه نوری بین دو باریکه مرجع و نمونه، اندازهگیری میشوند .[3] اما این روش برای سنجش ناهمواریهای سطوح با زبری بالا، که اختلاف ارتفاع بین دو نقطهی مجاور آن بیشتر از یکچهارم طولموج چشمهی نور است، مناسب نیست؛ زیرا در این سطوح، ممکن است اختلاف راه نوری بین دو باریکه مرجع و نمونه بیش از طول موج چشمه شود و در نتیجه امکان اندازهگیری دقیق فاز هر نقطه نسبت به یک نقطهی مرجع فراهم نیست و اصطلاحا ابهام 2 پدید میآید .
[4] راهحل این مشکل، بهکارگیری چشمههای نور نیمههمدوس است .[5] در این روش ناهمواری سطح با استفاده از اندازهگیری نمایانی طرح تداخلی، محاسبه میشود. برای یافتن محل بیشینه نمایانی هر نقطه از سطح جسم، لازم است نمونه در راستای محوری، با گامهای برابر جابهجا شود و پس از هر جابهجایی شدت طرح تداخلی نقطه مورد نظر از سطح نمونه ثبت شود. نمودار به دست آمده از این اندازهگیریها اصطلاحا تداخلنگاشت نامیده میشود که نشاندهندهی تغییرات شدت هر نقطه بر حسب تغییرات مکان نمونه است. ارتفاع نسبی هر نقطه از طرح تداخلی با تحلیل نمودار تداخلنگاشت آن و تعیین بیشنه مقدار نمایانی بهدست میآید 6]،.[7
چیدمان تجربی
چیدمان تجربی مورد استفاده در این مقاله میکروسکوپ تداخلی بازتابی میرائو است. چیدمان این میکروسکوپ مشابه یک میکروسکوپ نوری مرکب است - شکل - 1، با این تفاوت که در این میکروسکوپ، عدسی شیئی میرائو جایگزین عدسی شیئی میکروسکوپ شده است. شکل : 1 طرح کلی از چیدمان میکروسکوپ تداخلی میرائو نور نیمههمدوس. روش کار میکروسکوپ به این صورت است که، ابتدا باریکهی نور دیود گسیل نوری با طولموج مرکزی 628 نانومتر به عنوان چشمه نور به سمت باریکهشکن گسیل شده و بهوسیله باریکهشکن به عدسی شیئی میرائو هدایت میشود.
شکل 2 توزیع طیفی منبع نور را نمایش میدهد. باریکه فرودی به کمک تیغه باریکهشکن جایسازی شده در عدسی شیئی میرائو، به دو باریکه نمونه و مرجع تقسیم میشود، که باریکهی بازتابیده شده - باریکه مرجع - روی آینه مرجع و باریکهی عبوری - باریکه نمونه - روی سطح نمونه کانونی میشود. پس از بازتاب دو باریکه از سطح آینه مرجع و نمونه، این دو باریکه به سمت دوربین هدایت میشود و توسط آن ثبت میشود.
روش تحلیل دادهها
در یک چیدمان تداخلسنجی، نمایانی طرح تداخلی مضربی از درجه همدوسی زمانی متقابل دو باریکه مرجع و نمونه g rs است. بنا بر روابط - 1 - و - 2 - پوش نمودار تداخلنگاشت - شکل - 3، نشاندهنده تغییرات نمایانی طرح تداخلی است. از طرفی تابع درجه همدوسی زمانی چشمه با تبدیل فوریه طیف چشمه متناسب است. در نتیجه برای یافتن محل بیشینهی نمایانی، بنابر رابطه - 4 - میتوان تابع تبدیل فوریه طیف چشمه را بر منحنی تداخلنگاشت برازش کرد؛ سپس با یافتن محل بیشینه تابع برازش شده، محل بیشینه نمایانی، که در آن اختلاف راه نوری بین دو باریکه مرجع و نمونه صفر است، را روی نمودار تداخلنگاشت بهدست آورد؛ که این نقطه ارتفاع نسبی نقطه مورد مطالعه روی سطح نمونه است. برای کاهش اثر نوفههای محیطی بر شدتهای ثبت شده در تداخلنگاشت، دادههای این نمودار به کمک یک فیلتر پایینگذر فوریه، پالایش میشود و سپس برازش منحنی درجه همدوسی انجام میشود. شکل 4 نمودار تداخلنگاشت پالایه شده را نمایش میدهد.
نتایج تجربی
نمونه مورد مطالعه در این پژوهش، یک ساچمه استیل است که قطر آن توسط سازندگان آن 5/98 mm گزارش شده است. شکل 5 نمونههایی از طرح تداخلی ایجاد شده به وسیله میکروسکوپ تداخلی میرائو از سطح ساچمه در ارتفاعهای مختلف را نمایش میدهد.
