Nejcitlivější interferometr, ze všech zařízení uvedených v kap. 9, je Michelsonův interferometr. Toto zařízení může pracovat buď bez holografického záznamu objektu, viz následující text , nebo s holografickým záznamem, viz kap. 9.2. Zařízení nejčastěji pracuje se světelnými zdroji, a to s lasery.
Sestava Michelsonova interferometru v provedení bez holografického záznamu, uvedená na obr. 9-1, je vhodná jen pro zkoumání zrcadlových a přibližně rovinných povrchů. Pomocí tohoto zařízení lze vzájemně srovnávat nerovnosti měřeného zrcadlového povrchu Z1 se zrcadlovým povrchem Z2, který je referenční a považujeme jej za rovinný. Takové uspořádání Michelsonova interferometru umožňuje vlastně topografická měření, jelikož se jedná o zviditelnění nerovností měřeného povrchu vůči referenční rovině.
Obr. 9-1 Michelsonův interferometr (LA laser, C čočky, D dělič, Z1 měřený zrcadlový povrch, Z2 referenční zrcadlový povrch, F fotoaparát, p předmětový svazek, r referenční svazek, dz deformace zrcadla Z1 , 2dz deformace vlnoplochy v předmětovém svazku)
V sestavě na obr. 9-1 je úzký světelný svazek paprsků z laseru LA upraven pomocí čoček C1 a C2 (s využitím prostorového filtru, viz kap. 2.15) na paralelní svazek paprsků, který se na děliči D rozdělí na předmětový svazek p a referenční svazek r. Předmětový svazek dopadá na měřený zrcadlový povrch Z1, kde se jeho vlnoplocha deformuje. Pak se předmětový svazek vrací opět k děliči D, který jej odrazí směrem k fotoaparátu F. Referenční svazek po odraze na zrcadle Z2 projde děličem D a pak rovněž směřuje k fotoaparátu. Čočka C3 slouží k zaostření roviny měřeného zrcadla Z1 do fotoaparátu.
Označíme-li deformace měřeného povrchu či jeho posuv ve směru z jako dz(x,y), pak změna optické dráhy na cestě paprsků k povrchu Z1 a zpět bude 2dz(x,y). Po spojení předmětového svazku s referenčním v oblasti mezi děličem a fotoaparátem, lze sledovat interferenci, která je obrazem odlišného tvaru měřeného povrchu vůči referenčnímu povrchu. Pro deformace či posuvy měřeného povrchu platí vztah
|
(9-1) |
kde D S(x,y) je změna interferenčního řádu v rovině x, y od referenčního místa a l je vlnová délka použitého světla. Příklad interferogramu deformací zrcadlového povrchu je uveden na obr. 9-2. V obrázku jsou navíc označeny interferenční proužky, a to čísly změny interferenčního řádu. Celočíselné hodnoty změny interferenčního řádu D S = ... -1; 0; 1; 2 ... jsou v místech světlých proužků, hodnoty D S = ... -1,5; -0,5; 0,5; 1,5; 2,5 ... jsou v místech tmavých proužků. Na obr. 9-2 je zvoleno jako referenční místo vlevo nahoře, kde D S = 0, další proužky se pak navzájem liší vždy o jedničku. Je zřejmé, že z daného interferogramu nelze přímo zjistit, zda interferenční řád směrem od referenčního místa roste či klesá a z toho pak zda deformovaný povrch je konkávní, či konvexní. To je třeba zjistit z nějakého doplňujícího měření, nebo na základě dalších informací či zkušeností. Je to obdobné jako např. u neoznačených vrstevnic na mapě pohoří, kdy je třeba zjistit, zda se nacházíme v oblasti hřebene či údolí.
Obr. 9-2 Interferogram deformací zrcadlového povrchu
Uvedený Michelsonův interferometr lze použít pro topografická měření, pro měření deformací a posuvů a pro měření vibrací (vždy ve směru z), a to v reálném čase. Citlivost a přesnost určování změny polohy povrchu je přibližně rovna čtvrtině vlnové délky použitého světla, což odpovídá změně polohy mezi sousedním světlým a tmavým interferenčním proužkem. V optické oblasti představuje čtvrtina vlnové délky světla hodnoty okolo 10-4 mm. Vzhledem k uvedené přesnosti musí být sledované deformace malé, jinak by v obraze vzniklo mnoho interferenčních proužků, které by nebylo možné rozlišit. Zařízení lze také využít pro generaci interferenčních rovin, které lze např. šikmo promítat na objekty a usuzovat tak na jejich tvar. Citlivost takové topografické metody pak může být i podstatně menší než 10-4 mm, a to i o několik řádů, viz kap 9.6. Tímto způsobem lze pak zviditelnit i více plastické reliéfy.
Nevýhodou uvedeného Michelsonova interferometru je to, že nemůže pracovat s difúzními povrchy a má obvykle malé zorné pole, které je omezeno především velikostí děliče D, velikostí zrcadel Z a čoček C2, C3. Všechny optické prvky musí být navíc velmi kvalitní (kromě měřeného povrchu), aby nezpůsobovaly v systému parazitní interferenci.
Pozn.: Interference difúzních povrchů je podrobněji popsána v kap. 9.2.
,