Низкокогерентная интерферометрия слоистых структур в полихроматическом свете с цифровой записью и обработкой интерферограмм
Лычагов В.В., Рябухо В.П., Кальянов А.Л., Смирнов И.В.

Аннотация:
Рассматриваются процессы формирования и цифровой записи интерференционных картин, образующихся в полихроматическом свете при интерференционном контроле микрорельефа поверхности объектов со слоистой объёмной структурой. Получены выражения для распределения интенсивности света в интерференционной картине в зависимости от формы поверхности и структуры объекта с учётом спектральных свойств элементов матричного фотоприёмника. Выполнены численное моделирование интерференционных процессов в полихроматическом свете и экспериментальная запись цифровых интерферограмм микрообъектов в микроинтерферометре Линника с использованием источника белого света. Показаны соответствие рассчитанных и экспериментальных интерферограмм и возможность решения прямой задачи численного моделирования интерференционных картин.

Abstract:
Forming of polychromatic interference patterns during the measurements of stratified structures surface geometry and recording of these patterns by means of digital cameras are discussed. Formulas for intensity distribution in interference pattern depending on surface relief and object structure are received. The distinct feature of these formulas is the dependence of theirs on spectral properties of photodetectors array. Results of numerical simulation of interference fringes in polychromatic light and experimental digital white-light microinterferograms are presented. These results demonstrate an accordance of theoretical model with experimental interferograms and potential for solving of inverse problem of low-coherence interferometry using numerical simulation of interference pattern.

Ключевые слова :
низкокогерентная интерферометрия, когерентность, тонкие плёнки, цифровая обработка изображений, интерференционная микроскопия.

Key words:
low-coherence interferometry, coherence, thin films, digital image processing, interference microscopy.

Литература:

  1. Bechtold, M.F. Coating Thickness Measurement by Interferometry / M.F. Bechtold // JOSA. – 1947. – Vol. 37, N. 10. – P. 873-878.
  2. Kubota, H. On the interference color of thin layers on glass surface / H. Kubota // JOSA. –1950. – Vol. 40, N. 3. – P. 146-149.
  3. Heavens, O.S. Optical properties of thin solid films /O.S. Hea­vens. – New York: Academic press Inc., 1955. –103 p.
  4. Muller, R.H. Optimum angle of incidence for observing thin-film interference colors / R.H. Muller, M.L. Sand // App. opt. – 1987. – Vol. 26, N. 24. – P. 5211-5220.
  5. Malacara, D. Interferogram analysis for optical testing / D. Malacara, M. Servin, Z. Malacara. – New York: Taylor & Francis , 2005. – 546 p.
  6. De Groot, P. Signal modeling for low-coherence height-scanning interference microscopy / P. de Groot, X. C. de Lega // App. Opt. – 2004. – Vol. 43, N. 25. – P. 4821-4830.
  7. Polišcuk, R. Image Processing Methods Applied in Mapping of Lubrication Parameters / R. Polišcuk // G. Bebis et al. (Eds.): Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISVC 2009, Part II, LNCS 5876. – 2009. – P. 1011-1020.
  8. Абрамов, А.Ю. Исследование процессов взаимодиф­фузии в тонких прозрачных средах методами лазерной интерферометрии / А.Ю. Абрамов, О.В. Диков, В.П. Ря­бухо, А.Б. Шиповская // Компьютерная оптика. – 2008. – Т. 32. № 3. – С. 253-264.
  9. Резчиков, А.Ф. Высокоразрешающие интерференционные методы контроля рельефа поверхности и слоистой структуры изделий точного машиностроения и приборостроения / А.Ф. Резчиков, В.П. Рябухо // Проблемы машиностроения и надёжности машин. – 2010. – № 1. – С. 68-79.
  10. Кальянов, А.Л. Низкокогерентная полнопольная интерферометрия объёмной структуры кристаллизовавшейся капли солевого раствора белка / А.Л. Кальянов, В.В. Лычагов, Л.И. Малинова, А.А. Пай­зи­ев, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 1. – С. 90-100.
  11. Лычагов, В.В. Низкокогерентная микроинтерферометрия внутренней структуры кристаллизовавшейся плазмы крови / В.В. Лычагов, А.Л. Кальянов, В.П. Рябухо // Оптика и спектроскопия. – 2009. – Т. 107, № 6. – С. 909-916.
  12. Wiegand, G. Microinterferometry: three-dimensional reconstruction of surface microtopography for thin-film and wetting studies by reflection interference contrast microscopy (RICM) / G. Wiegand, K.R. Neumaier, E. Sackmann // App. Opt. – 1998. – Vol. 37, N. 29. – P. 6892-6905.
  13. De Groot, P. Angle-resolved three-dimensional analysis of surface films by coherence scanning interferometry / Peter de Groot and Xavier Colonna de Lega // Opt. Lett. – 2007. – Vol. 32, N. 12. – P. 1638-1640.
  14. Мандель, Л. Оптическая когерентность и квантовая оптика / Л. Мандель, Э. Вольф. – М.: Наука. Физматлит, 2000. – 896 с.
  15. Рябухо, В.П. Влияние ширины контура частотного спектра на поперечную когерентность оптического поля / В.П. Рябухо, А.Л. Кальянов, В.В. Лычагов, Д.В. Лякин // Оптика и спектроскопия. – 2010. – Т. 108. № 6. – С. 979-984.
  16. Рябухо, В.П. Длина продольной когерентности оптического поля / В.П. Рябухо, Д.В. Лякин, В.В. Лычагов // Оптика и спектроскопия. – 2009. – Т. 107. № 2. – С. 296-301.
  17. Рябухо, В.П. Продольная когерентность оптического поля протяжённого пространственно некогерентного источника / В.П. Рябухо, Д.В. Лякин, В.В. Лычагов // Компьютерная оптика. – 2009. – Т. 33, № 2. – С. 175-184.
  18. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. – М.: Наука, 1973. – 720 с.
  19. Гудмен, Д. Введение в фурье-оптику /Д. Гудмен. – М.: Мир, 1970. – C. 364.
  20. Локшин, Г.Р. Основы радиооптики / Г.Р. Локшин. – М.: Интеллект, 2009. - 344 с.
  21. Прэтт, Э. Цифровая обработка изображений / Э. Прэтт. – М.: Мир, 1982. – Кн. 1. – 312 с.
  22. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гон­салес, Р.  Вудс. – М.: Техносфера, 2005. – 1072 с.
  23. Abdulhalim, I. Competence between spatial and temporal coherence in full field optical coherence tomography and interference microscopy / I. Abdulhalim // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. – 2006. – Vol. 8. – P. 952-958.
  24. Angelov, B. On the geometry of red blood cell / B. Angelov, I.M. Mladenov. //– Geometry, Integrability and Quan­tization. – Bulgaria, Sofia: Coral Press, 2000. – P. 27-46.

References:

  1. Bechtold, M.F. Coating Thickness Measurement by Interferometry / M.F. Bechtold // JOSA. – 1947. – Vol. 37, N. 10. – P. 873-878.
  2. Kubota, H. On the interference color of thin layers on glass surface / H. Kubota // JOSA. –1950. – Vol. 40, N. 3. – P. 146-149.
  3. Heavens, O.S. Optical properties of thin solid films /O.S. Heavens – New York: Academic press Inc., 1955. –103 p.
  4. Muller, R.H. Optimum angle of incidence for observing thin-film interference colors / R.H. Muller, M.L. Sand // App. opt. – 1987. – Vol. 26, N. 24. – P. 5211-5220.
  5. Malacara, D. Interferogram analysis for optical testing / D. Malacara, M. Servin, Z. Malacara – New York: Taylor & Francis , 2005. –546 p.
  6. De Groot, P. Signal modeling for low-coherence height-scanning interference microscopy / P. de Groot, X. C. de Lega // App. Opt. – 2004. – Vol. 43, N. 25. – P. 4821-4830.
  7. Polišcuk, R. Image Processing Methods Applied in Mapping of Lubrication Parameters / R. Polišcuk // G. Bebis et al. (Eds.): Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISVC 2009, Part II, LNCS 5876. – 2009. – P. 1011-1020.
  8. Abramov, A.U. Diffusion process at transparent mediums investigation using laser interferometry / A.U. Abramov, O.V. Dikov, V.P. Ryabukho, A.B. Shipovskaya // Computer Optics. – 2008. – Vol. 32, N. 3. – P. 253-264. – (in Russian).
  9. Rezchikov, A.F. High resolution interference methods of surface and layered structure check of production of precision mechanical and instrumental engineering / A.F. Rezchikov, V.P. Ryabukho // Problems of mechanical engineering and machinery reliability. – 2010. – N. 1. – P. 68-79. – (in Russian).
  10. Kalyanov, A.L. Low-coherence full-field interferometry of volume structure of crystallised soline solution of protein / A.L. Kalyanov, V.V. Lychagov, L.I. Malinova, A.A. Pai­ziev, V.P. Ryabukho // Computer Optics. – 2010. – Vol. 34, N. 1. – P. 90-100. – (in Russian).
  11. Lychagov, V.V. Low-coherence interference microscopy of the internal structure of crystallized blood plasma / V.V. Lychagov, A.L. Kal’yanov, V.P. Ryabukho // Optics and Spectroscopy. – 2009. – Vol. 107, N. 6. – P. 859-865. – (in Russian).
  12. Wiegand, G. Microinterferometry: three-dimensional reconstruction of surface microtopography for thin-film and wetting studies by reflection interference contrast microscopy (RICM) / G. Wiegand, K.R. Neumaier, E. Sackmann // App. Opt. – 1998. – Vol. 37, N. 29. – P. 6892-6905.
  13. De Groot, P. Angle-resolved three-dimensional analysis of surface films by coherence scanning interferometry / Peter de Groot and Xavier Colonna de Lega // Opt. Lett. – 2007. – Vol. 32, N. 12. – P. 1638-1640.
  14. Mandel, L. Optical Coherence and Quantum Optics / L. Mandel, E. Wolf; translate from english – Moscow: “Nauka”, “Fizmatlit” Publisher, 2000. – 896 p. – (in Russian). – (L. Mandel and E. Wolf. Optical Coherence and Quantum Optics, 1st. ed. – Cambridge, Cambridge University Press, 1995)
  15. Ryabukho, V.P. Influence of the frequency spectrum width on the transverse coherence of optical field / V.P. Ry­abukho, A.L. Kal’yanov, D.V. Lyakin, V.V. Lychagov // Optics and Spectroscopy. – 2010. – Vol.  108, N. 6. – P. 979-984. – (in Russian).
  16. Ryabukho, V.P. Longitudinal coherence length of an optical field / V.P. Ryabukho, D.V. Lyakin, V.V. Lychagov // Optics and Spectroscopy. – 2009. – Vol. 107, N. 2. – P. 282-287. – (in Russian).
  17. Ryabukho, V.P. Longitudinal coherence of an optical field of extended spatially noncoherent source / V.P. Ryabukho, D.V. Lyakin, V.V. Lychagov // Computer Optics. – 2009. – Vol. 33, N. 2. – P. 175-184. – (in Russian).
  18. Born, M. Principles of Optics / M. Born, E. Wolf; translate from english – Moscow: “Nauka” Publisher, 1973. – 720 p. – (in Russian). – (M. Born and E. Wolf. Principles of Optics, 4st. ed. – Oxford, Pergamon Press, 1970).
  19. Goodman, J.W. Introduction to fourier optics / J.W. Good­man. – Mcgraw-Hill Book Company, 1968. – 364 p.
  20. Lokshin, G.R. Bases of radio optics / G.R. Lokshin. – Moscow: “Intellekt” Publisher, 2009. – 344 p. – (in Russian).
  21. Pratt, W. Digital image processing / W. Pratt. – Moscow: “Mir” Publisher, 1982. Book 1. – 312 p. – (in Russian). – (Pratt, W. Digital image processing / W. Pratt. – John Wiley & Sons).
  22. Gonzales, R.C. Digital image processing / R. Gonzales, R. Woods. – Moscow: “Technosphera” Publisher, 2005. – 1072 p. – (in Russian). – (Gonzales, R.C. Digital image processing, 2nd ed. / R. Gonzales, R. Woods. – Pearson Education, 2002)
  23. Abdulhalim, I. Competence between spatial and temporal coherence in full field optical coherence tomography and interference microscopy / I. Abdulhalim // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. – 2006. – Vol. 8. – P. 952-958.
  24. Angelov, B. On the geometry of red blood cell / B. Angelov, I.M. Mladenov. – Geometry, Integrability and Quan­tization. // – Bulgaria, Sofia: Coral Press, 2000. – P. 27-46.
© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 332-56-22, факс: +7 (846) 332-56-20