점 회절 간섭계

점 회절 간섭계(, PDI)는 공통 경로 간섭계의 한 유형이다. 무수차 빔을 분리하여 이를 테스트 빔과 간섭시키는 마이컬슨 간섭계와 같은 진폭 분할 간섭계와 달리, 공통 경로 간섭계는 자체 참조 빔을 생성한다. PDI 시스템에서는 테스트 빔과 참조 빔이 동일하거나 거의 동일한 경로를 따른다. 이러한 설계는 환경적 격리가 불가능하거나 정밀 광학 부품의 수를 줄여야 할 때 PDI를 매우 유용하게 만든다. 참조 빔은 반투명 코팅의 작은 핀홀에서 회절된 테스트 빔의 일부로 생성된다. PDI의 원리는 그림 1에 나와 있다.

이 장치는 공간 필터와 유사하다. 입사광은 반투명 마스크(투과율 약 0.1%)에 초점을 맞춘다. 마스크 중앙에는 에어리 원반 크기 정도의 구멍이 있으며, 빔은 푸리에 변환 렌즈를 사용하여 이 구멍에 초점을 맞춘다. 그런 다음 0차(푸리에 공간의 저주파)가 구멍을 통과하여 나머지 빔과 간섭한다. 투과율과 구멍 크기는 테스트 빔과 참조 빔의 강도 균형을 맞추기 위해 선택된다. 이 장치는 위상차현미경과 유사하게 작동한다.

 PDI 시스템의 발전 
PDI 시스템은 광학 또는 반사 기기의 절대 표면 특성을 비파괴적으로 측정하는 데 유용한 도구이다. 공통 경로 설계는 자체 표면 형태 오류와 함께 테스트 물체의 절대 표면 형태를 겹쳐 놓는 것으로 알려진 참조 광학 부품의 필요성을 없앤다. 이것은 그림 2에 나타낸 바와 같이 피조 간섭계와 같은 이중 경로 시스템의 주요 단점이다. 유사하게 공통 경로 설계는 주변 교란에 강하다.

원래 설계의 주요 비판점은 (1) 필요한 낮은 투과율이 효율성을 감소시키고, (2) 빔이 너무 수차를 받으면 축상의 강도가 감소하여 참조 빔에 사용할 수 있는 빛이 줄어들어 간섭 무늬 대비가 손실된다는 점이다. 낮은 투과율은 낮은 신호 대 잡음비와 관련이 있었다. 이러한 문제는 격자 또는 빔 분할기가 불투명 마스크에 입사하는 빔의 여러 동일한 사본을 생성하는 위상 편이 점 회절 간섭계 설계에서 크게 극복된다. 테스트 빔은 흡수 손실 없이 멤브레인의 다소 큰 구멍 또는 조리개를 통과한다. 참조 빔은 가장 높은 투과율을 위해 핀홀에 초점을 맞춘다. 격자 기반의 경우, 위상 편이는 격자를 격자 눈금에 수직으로 이동시키면서 여러 이미지를 기록함으로써 달성된다. 위상 편이 PDI의 지속적인 발전은 표준 피조 기반 시스템보다 몇 자릿수 더 높은 정확도를 달성했다.

측정 해상도와 효율성을 높이기 위해 위상 편이 [참조: 간섭계] 버전이 개발되었다. 여기에는 권(Kwon)이 개발한 회절격자 간섭계와 위상 편이 점 회절 간섭계가 포함된다.

 위상 편이 PDI 시스템의 종류 
 단일 핀홀을 사용하는 위상 편이 PDI 
게리 소마그렌(Gary Sommargren)은 회절된 파면의 일부를 테스트에 사용하고 나머지 부분을 감지에 사용하는 기본 설계를 직접 따른 점 회절 간섭계 설계를 제안했다(그림 3 참조). 이 설계는 기존 시스템에 대한 주요 업그레이드였다. 이 방식은 1nm의 변동으로 광학 표면을 정확하게 측정할 수 있었다. 위상 편이는 압전 변환 단계를 사용하여 테스트 부품을 이동시켜 얻었다.G. E. Sommargren, U.S. Patent No. 5548403  1996 . 테스트 부품을 이동시키는 예상치 못한 부작용은 초점 흐림도 함께 이동하여 간섭 무늬를 왜곡시킨다는 점이다. 소마그렌의 접근 방식의 또 다른 단점은 낮은 대비의 간섭 무늬를 생성하고 대비를 조절하려는 시도가 측정된 파면을 변경한다는 것이다.

 광섬유를 사용하는 PDI 시스템 
이 유형의 점 회절 간섭계에서 점 광원은 단일 모드 광섬유이다. 끝면은 원뿔 모양으로 좁아지고 금속 필름으로 덮여 빛 유출을 줄인다. 광섬유는 테스트 및 참조 모두에 대해 구형파를 생성하도록 배열된다. 광섬유의 끝은 보다 높은 정확도로 구형파를 생성하는 것으로 알려져 있다. 광섬유 기반 PDI는 단일 핀홀 기반 시스템에 비해 일부 발전이 있지만, 제조 및 정렬이 어렵다.

alt=위상 편이 점 회절 간섭계|right|thumb|264x264px|그림 4: 2빔 위상 편이 점 회절 간섭계. 참조 빔은 위상 편이 및 대비 조절을 위해 독립적으로 조절할 수 있다.

 2빔 위상 편이 PDI 
2빔 PDI는 두 개의 독립적으로 조절 가능한 빔을 제공하여 다른 방식에 비해 큰 이점을 제공한다. 여기서 테스트 빔과 참조 빔은 서로 수직이며, 참조 빔의 강도를 조절할 수 있다. 마찬가지로, 테스트 부품을 정지 상태로 유지하면서 테스트 빔에 대해 임의의 안정적인 위상 편이를 얻을 수 있다. 그림 4에 나타난 이 방식은 제조하기 쉽고 피조(Fizeau)형 간섭계와 유사한 사용자 친화적인 측정 조건을 제공한다. 동시에 다음과 같은 추가 이점을 제공한다.
 테스트 부품의 절대 표면 형태.
 높은 개구수 (NA = 0.55).
 높은 대비의 선명한 간섭 무늬 패턴.
 높은 표면 형태 테스트 정확도 (파면 RMS 오류 0.125 nm).
 단순 RMS 반복성 0.05 nm.
 편광 해제 테스트 부품 측정 가능.

이 장치는 자가 참조 방식이므로 많은 진동이 있는 환경이나 적응광학 및 단파장 시나리오와 같이 참조 빔을 사용할 수 없는 환경에서 사용할 수 있다.
alt=Difrotec이 제조한 산업용 점 회절 간섭계를 이용한 위상 편이 간섭계로 얻은 렌즈의 절대 표면 형태.|thumb|Difrotec이 제조한 산업용 점 회절 간섭계를 이용한 위상 편이 간섭계로 얻은 렌즈의 절대 표면 형태|right|254x254px

 PDI의 응용 
간섭계는 광학 시스템의 전체 성능을 나타내는 다양한 정량적 특성화를 위해 사용되어 왔다. 전통적으로 피조 간섭계는 광학 또는 연마된 표면 형태를 감지하는 데 사용되었지만, 정밀 제조의 새로운 발전으로 산업용 점 회절 간섭계가 가능해졌다. PDI는 실험실 조건에서부터 시끄러운 공장 바닥에 이르기까지 고해상도, 고정밀 측정에 특히 적합하다. 참조 광학 부품의 부재는 이 방법을 광학 시스템의 절대 표면 형태를 시각화하는 데 적합하게 만든다. 따라서 PDI는 다른 간섭계의 참조 광학 부품을 검증하는 데 독특하게 적합하다. 또한 레이저 기반 시스템에 사용되는 광학 어셈블리를 분석하는 데 매우 유용하다. UV 리소그래피용 광학 부품 특성화를 수행한다. 정밀 광학 부품의 품질 관리를 한다. 광학 어셈블리의 실제 해상도를 검증한다. X선 광학 부품에 의해 생성된 파면 맵을 측정한다. PS-PDI는 또한 배치 전에 우주 광학 부품의 정격 해상도를 검증하는 데 사용될 수 있다.

 같이 보기 
 간섭계

 각주 

 외부 링크 
 Making sure the space camera is up for the job before deployment: A case study by the Interferometer manufacturer Difrotec OÜ.

분류:간섭계