Прибор для определения контура видимой части оптических элементов (контурограф)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе предложен прибор для определения контура видимой части оптических элементов (контурограф), предназначенный для точного соотнесения координат видимой области оптической детали с ее физическими габаритами. Разработанный прибор обеспечивает определение координат обрабатываемой поверхности с точностью до 2.5 мкм, что является необходимым для проведения высокоточной ионно-пучковой обработки. Контурограф способен прописывать контуры объектов произвольной формы, включая криволинейные, а также контуры объектов, ориентированных под произвольным углом относительно линейных моторизированных трансляторов прибора. Высокая точность определения положения обрабатываемой поверхности непосредственно влияет на качество ионно-пучковой обработки, что позволяет значительно улучшить характеристики оптического элемента и, как следствие, оптической системы в целом. В ходе проведенной работы контурограф был успешно применен при изготовлении подложки для элемента двухзеркального монохроматора для станции 1-1 “Микрофокус” строящегося синхротрона IV поколения “СКИФ” (Новосибирск, Россия), что демонстрирует его практическую значимость и эффективность. Благодаря использованию контурографа удалось получить оптическую поверхность с требуемыми характеристиками, среднеквадратическое отклонение формы поверхности от требуемой плоскости было снижено в 25 раз — с исходных 25.7 нм до 1.0 нм.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Артюхов

ФИЦ “Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова” РАН

Email: chernyshev@ipmras.ru

Институт физики микроструктур РАН

Россия, Нижний Новгород

Е. И. Глушков

ФИЦ “Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова” РАН

Email: chernyshev@ipmras.ru

Институт физики микроструктур РАН

Россия, Нижний Новгород

М. С. Михайленко

ФИЦ “Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова” РАН

Email: chernyshev@ipmras.ru

Институт физики микроструктур РАН

Россия, Нижний Новгород

А. Е. Пестов

ФИЦ “Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова” РАН

Email: chernyshev@ipmras.ru

Институт физики микроструктур РАН

Россия, Нижний Новгород

Е. В. Петраков

ФИЦ “Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова” РАН

Email: chernyshev@ipmras.ru

Институт физики микроструктур РАН

Россия, Нижний Новгород

В. Н. Полковников

ФИЦ “Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова” РАН

Email: chernyshev@ipmras.ru

Институт физики микроструктур РАН

Россия, Нижний Новгород

А. К. Чернышев

ФИЦ “Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова” РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: chernyshev@ipmras.ru

Институт физики микроструктур РАН

Россия, Нижний Новгород

Н. И. Чхало

ФИЦ “Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова” РАН

Email: chernyshev@ipmras.ru

Институт физики микроструктур РАН

Россия, Нижний Новгород

Р. А. Шапошников

ФИЦ “Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова” РАН

Email: chernyshev@ipmras.ru

Институт физики микроструктур РАН

Россия, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Hoffman C., Giallorenzi T.G., Slater L.B. // Appl. Opt. 2015. V. 54. N. 31. P. F268. https://www.doi.org/10.1364/AO.54.00F268
  2. Ахсахалян А.Д., Клюенков Е.Б., Лопатин А.Я., Лучин В.И., Нечай А.Н., Пестов А.Е., Полковников В.Н., Салащенко Н.Н., Свечников М.В., Торопов М.Н., Цыбин Н.Н., Чхало Н.И., Щербаков А.В. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2017. № 1. С. 5. https://www.doi.org/10.7868/s0207352817010048
  3. Wagner Ch., Harned N. // Nature Photon. 2010. V. 4. N. 1. P. 24. https://www.doi.org/10.1038/nphoton.2009.251
  4. Born M., Wolf E. // Principles of Optics (Cambridge University). 1999. Sec. 9.3. P. 528.
  5. Chkhalo N.I., Kaskov I.A., Malyshev I.V., Mikhaylenko M.S., Pestov A.E., Polkovnikov V.N., Salashchenko N.N., Toropov M.N., Zabrodin I.G. // Precis. Eng. 2017. V. 48. P. 338. https://www.doi.org/10.1016/j.precisioneng.2017.01.004
  6. Wilson S.R., Reicher D.W., McNeil J.R. // Proc. SPIE. 1988. V. 966. P. 74. https://www.doi.org/10.1117/12.948051
  7. Weiser M. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2009. V. 267. № 8–9. P. 1390. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2009.01.051
  8. Wilson S.R., McNeil JR. // Proc. SPIE. 1987. V. 818. P. 320. https://www.doi.org/10.1117/12.978903
  9. Mikhailenko M.S., Pestov A.E., Chkhalo N.I., Goncharov L.A., Chernyshev A.K., Zabrodin I.G., Kaskov I.A., Krainov P.V., Astakhov D.I., Medvedev V.V. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2021. V. 1010. P. 165554. https://www.doi.org/10.1016/j.nima.2021.165554
  10. Lu Y., Xie X., Zhou L., Dai Z., Chen G. // Appl. Opt. 2017. V. 56. № 2. P. 260. https://www.doi.org/10.1364/AO.56.000260
  11. Bauer J., Ulitschka M., Pietag F., Arnold T. // J. Astron. Telesc. Instrum. Syst. 2018. V. 4. № 4. P. 046003. https://www.doi.org/10.1117/1.JATIS.4.4.046003
  12. Petrakov E.V., Glushkov E.I., Chernyshev A.K., Chkhalo N.I. // Opt. Eng. 2024. V. 63. № 11. P. 114104. https://doi.org/10.1117/1.OE.63.11.114104
  13. Chernyshev A., Chkhalo N., Malyshev I., Mikhailenko M., Pestov A., Pleshkov R., Smertin R., Svechnikov M., Toropov M. // Precis. Eng. 2021. V. 69. P. 29. https://www.doi.org/10.1016/j.precisioneng.2021.01.006
  14. Xie L., Tian Y., Shi F., Guo S., Zhou G. // J. Mater. Process. Technol. 2024. V. 327. P. 118341. https://www.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2024. 118341
  15. Антюшин Е.С., Ахсахалян А.А., Зуев С.Ю., Лопатин А.Я., Малышев И.В., Нечай А.Н., Перекалов А.А., Пестов А.Е., Салащенко Н.Н., Торопов М.Н., Уласевич Б.А., Цыбин Н.Н., Чхало Н.И., Соловьев А.А., Стародубцев М.В. // ЖТФ. 2022. Т. 92. № 8. С. 1202. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2022.08.52784.80-22
  16. Chkhalo N.I., Malyshev I.V., Pestov A.E., Polkovnikov V.N., Salashchenko N.N., Toropov M.N., Soloviev A.A. // Appl. Opt. 2016. V. 55. P. 619. https://www.doi.org/10.1364/AO.55.000619
  17. Kuzin S., Bogachev S., Pertsov A., Loboda I., Chervinsky V., Chkhalo N., Lopatin A., Malyshev I., Pestov A., Pleshkov R., Polkovnikov V., Toropov M., Tsybin N., Zuev S. // Appl. Opt. 2023. V. 62. P. 8462. https://www.doi.org/10.1364/AO.501437
  18. Артюхов А.И., Морозов С.С., Петрова Д.В., Чхало Н.И., Шапошников Р.А. // ЖТФ. 2024. Т. 94. № 8. С. 1295. https://www.doi.org/10.61011/JTF.2024.08.58557.165-24
  19. Apache NetBeans (2024) The Apache Software Foundation. https://netbeans.apache.org/front/main/index.html
  20. Java programming language (2024) Oracle Corporation, USA. https://www.oracle.com/java/
  21. Swing Package (2024) Oracle Corporation, USA. https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/java.desktop/javax/swing/package-summary.html
  22. Glushkov E.I., Malyshev I.V., Petrakov E.V., Chkhalo N.I., Khomyakov Yu.V., Rakshun Ya.V., Chernov V.A., Dolbnya I.P. // J. Surf. Invest: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2023. V. 17. № 1. P. 233. https://www.doi.org/10.1134/S1027451023070133
  23. Chernov V.A., Bataev I.A., Rakshun Y.V., Khomyakov Y.V., Gorbachev M.V., Trebushinin A.E., Chkhalo N.I., Krasnorutskiy D.A., Naumkin V.S., Sklyarov A.N., Mezentsev N.A., Korsunsky A.M., Dolbnya I.P. // Rev. Sci. Instrum. 2023. V. 94 P. 013305. https://www.doi.org/10.1063/5.0103481
  24. Забродин И.Г., Зорина М.В., Каськов И.А., Малышев И.В., Михайленко М.С., Пестов А.Е., Салащенко Н.Н., Чернышев А.К., Чхало Н.И. // ЖТФ. 2020. Т. 90. № 11. С. 1922. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2020.11.49985.112-20

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Схема контурографа (а): 1 — диодный лазер; 2 — фокусирующая линза; 3 — полупрозрачное зеркало; 4 — фокусирующий объектив; 5 — высокочувствительная скоростная видеокамера; 6 — диафрагма; 7 — исследуемый оптический элемент. Внешний вид прибора с установленным исследуемым оптическим элементом (б).

Скачать (52KB)
3. Рис. 2. Изображение лазерного пучка на камере.

Скачать (52KB)
4. Рис. 3. Карта отклонения формы поверхности кремниевого монохроматора до обработки.

Скачать (15KB)
5. Рис. 4. Карта отклонения формы поверхности от плоскости после шести итераций ионной обработки (а). Изменение целевой функции RMS в ходе обработки образца (б); штриховой линией отмечен требуемый уровень целевой функции.

Скачать (32KB)
6. Рис. 5. Сравнение предполагаемого и измеренного контура поверхности обрабатываемой оптической детали. Звездочками отмечены расчетное и найденное положения центра оптической поверхности, расстояние между ними 0.41 мм.

Скачать (19KB)
7. Рис. 6. Карта отклонения формы поверхности от плоскости после девяти итераций ионной обработки (а). Изменение целевой функции RMS в ходе обработки (б); штриховой линией отмечен требуемый уровень целевой функции; стрелкой показан момент, когда было проведено уточнение положения центра образца с помощью контурографа.

Скачать (29KB)

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2025