سطح بصري مستوٍ

أقراص بصرية مسطحة داخل علبة. قطرها حوالي 2.5 سنتيمتر ( بوصة واحدة) . القرص الثالث من اليسار موضوع على حافته، مما يُظهر سمكه.

السطح البصري المسطح هو قطعة زجاجية من الدرجة البصرية، مصقولة ومُلمّعة بدقة فائقة لتكون مسطحة للغاية من جانب واحد أو كلا الجانبين، وعادةً ما يكون مستوى التسطيح في حدود بضعة عشرات من النانومترات (أجزاء من مليار من المتر). تُستخدم هذه الأسطح مع ضوء أحادي اللون لتحديد مدى تسطّح (دقة السطح) الأسطح الأخرى (سواء كانت بصرية أو معدنية أو خزفية أو غير ذلك)، وذلك عن طريق تداخل الموجات . ^[¹^]

عند وضع سطح بصري مستوٍ على سطح آخر وإضاءته، تنعكس الموجات الضوئية عن كلٍّ من السطح السفلي للسطح والسطح الذي يستند إليه. يُحدث هذا ظاهرةً مشابهةً لتداخل الأغشية الرقيقة . تتداخل الموجات المنعكسة، مُكَوِّنةً نمطًا من أهداب التداخل المرئية على شكل أشرطة فاتحة وداكنة. تكون المسافة بين الأهداب أصغر كلما زاد تغير الفجوة، مما يُشير إلى عدم استواء أحد السطحين. يُشبه هذا خطوط الكنتور الموجودة على الخريطة. يُشير نمط الأهداب المستقيمة والمتوازية ذات المسافات المتساوية إلى سطح مستوٍ، بينما تُشير الأنماط الأخرى إلى أسطح غير مستوية. يُشير هدبان متجاوران إلى فرق في الارتفاع يُعادل نصف طول موجة الضوء المُستخدم، لذا يُمكن قياس فروق ارتفاع السطح بدقة تصل إلى أقل من ميكرومتر واحد عن طريق عدّ الأهداب .

عادةً ما يُسوّى سطح واحد فقط من سطحي الزجاج المسطح وفقًا للتفاوت المحدد، ويُشار إلى هذا السطح بسهم على حافة الزجاج. تُطلى بعض الأسطح الزجاجية المسطحة بطبقة بصرية وتُستخدم كمرايا دقيقة أو نوافذ بصرية لأغراض خاصة، مثل مقياس التداخل فابري-بيرو أو تجويف الليزر . كما تُستخدم الأسطح الزجاجية المسطحة في قياس الطيف الضوئي .

اختبار التسطيح

عادةً ما توضع لوحة بصرية مسطحة على سطح مستوٍ للاختبار. إذا كان السطح نظيفًا وعاكسًا بدرجة كافية، ستتشكل أهداب تداخل بألوان قوس قزح عند إضاءة القطعة المراد اختبارها بضوء أبيض. أما إذا استُخدم ضوء أحادي اللون لإضاءة القطعة، مثل الهيليوم أو الصوديوم منخفض الضغط أو الليزر، فستتشكل سلسلة من أهداب التداخل الداكنة والفاتحة. تحدد هذه الأهداب مدى استواء القطعة، بالنسبة للوحة البصرية المسطحة، بدقة تصل إلى جزء من الطول الموجي للضوء. إذا كان كلا السطحين متساويين تمامًا في الاستواء ومتوازيين، فلن تتشكل أي أهداب تداخل. مع ذلك، عادةً ما يكون هناك بعض الهواء محصور بين السطحين. إذا كان السطحان مستويين، ولكن توجد بينهما طبقة رقيقة من الهواء، فستتشكل أهداب تداخل مستقيمة ومتوازية، تشير إلى زاوية الطبقة (أي: تشير الأهداب الأكثر عددًا والأرق إلى زاوية أكثر حدة، بينما تشير الأهداب الأقل عددًا والأعرض إلى زاوية أقل حدة). يشير شكل الأهداب أيضًا إلى شكل سطح الاختبار، لأن الأهداب ذات الانحناء أو المحيط أو الحلقات تدل على النقاط المرتفعة والمنخفضة على السطح، مثل الحواف المستديرة أو التلال أو الوديان أو الأسطح المحدبة والمقعرة. ^{[ 2 ]}

تحضير

يجب أن يكون كل من السطح البصري المستوي والسطح المراد اختباره نظيفين للغاية. فأدنى ذرة غبار تستقر بين السطحين كفيلة بإفساد النتائج. حتى سماكة خط أو بصمة إصبع على السطحين كافية لتغيير عرض الفجوة بينهما. قبل الاختبار، تُنظف الأسطح عادةً بدقة متناهية. يُستخدم الأسيتون في أغلب الأحيان كمادة تنظيف، لأنه يُذيب معظم الزيوت ويتبخر تمامًا دون ترك أي بقايا. عادةً ما يُنظف السطح باستخدام طريقة "السحب"، حيث تُبلل منديل ورقي خالٍ من الوبر والخدوش، ثم يُمدد ويُسحب على السطح، ساحبًا معه أي شوائب. تُكرر هذه العملية عشرات المرات لضمان خلو السطح تمامًا من الشوائب. يجب استخدام منديل جديد في كل مرة لمنع إعادة تلوث الأسطح بالغبار والزيوت التي أُزيلت سابقًا.

غالبًا ما تُجرى الاختبارات في غرفة نظيفة أو بيئة خالية من الغبار، لمنع تراكم الغبار على الأسطح بين التنظيف والتجميع. في بعض الأحيان، يتم تجميع الأسطح عن طريق انزلاقها معًا، مما يساعد على إزالة أي غبار قد يتساقط عليها. تُجرى الاختبارات عادةً في بيئة مضبوطة الحرارة لمنع أي تشوهات في الزجاج، ويجب إجراؤها على سطح عمل ثابت للغاية. بعد الاختبار، تُنظف الأسطح مرة أخرى وتُخزن في علبة واقية، وغالبًا ما تُحفظ في بيئة مضبوطة الحرارة حتى إعادة استخدامها.

إضاءة

للحصول على أفضل نتائج الاختبار، يُستخدم ضوء أحادي اللون، يتكون من طول موجي واحد فقط، لإضاءة الأسطح المستوية. ولإظهار الأهداب بشكل صحيح، يجب مراعاة عدة عوامل عند ضبط مصدر الضوء، مثل زاوية السقوط بين الضوء والمشاهد، والحجم الزاوي لمصدر الضوء بالنسبة لبؤبؤ العين، وتجانس مصدر الضوء عند انعكاسه عن الزجاج.

يمكن استخدام مصادر عديدة للضوء أحادي اللون. تُصدر معظم الليزرات ضوءًا بنطاق ترددي ضيق جدًا، وغالبًا ما تُوفر مصدرًا ضوئيًا مناسبًا. يُصدر ليزر الهيليوم-نيون ضوءًا بطول موجي 632 نانومتر (أحمر)، بينما يُصدر ليزر Nd:YAG ذو التردد المضاعف ضوءًا بطول موجي 532 نانومتر (أخضر). تُصدر أنواع مختلفة من ثنائيات الليزر وليزر الحالة الصلبة المُضخّم بالثنائيات ضوءًا بألوان الأحمر والأصفر والأخضر والأزرق والبنفسجي. يمكن ضبط ليزرات الصبغة لإصدار أي لون تقريبًا. مع ذلك، تُعاني الليزرات أيضًا من ظاهرة تُسمى التبقع الليزري ، والتي تظهر في أهداب التوهج.

يمكن استخدام العديد من مصابيح الغاز أو أبخرة المعادن. عند تشغيلها بضغط وتيار منخفضين، تُصدر هذه المصابيح عادةً ضوءًا في أطياف مختلفة ، مع بروز خط أو خطين بشكل رئيسي. ولأن هذه الخطوط ضيقة جدًا، يمكن دمج المصابيح مع مرشحات ذات نطاق ترددي ضيق لعزل أقوى خط. يُصدر مصباح تفريغ الهيليوم خطًا عند 587.6 نانومتر (أصفر)، بينما يُصدر مصباح بخار الزئبق خطًا عند 546.1 نانومتر (أخضر مصفر). يُصدر بخار الكادميوم خطًا عند 643.8 نانومتر (أحمر)، بينما يُصدر الصوديوم منخفض الضغط خطًا عند 589.3 نانومتر (أصفر). من بين جميع المصابيح، يُعد الصوديوم منخفض الضغط الوحيد الذي يُصدر خطًا واحدًا فقط، ولا يتطلب مرشحًا.

لا تظهر الأهداب إلا في انعكاس مصدر الضوء، لذا يجب النظر إلى السطح البصري من زاوية السقوط نفسها التي يسقط عليها الضوء. عند النظر إليه من زاوية صفر (من الأعلى مباشرة)، يجب أن يكون الضوء أيضًا بزاوية صفر. ومع تغير زاوية الرؤية، يجب أن تتغير زاوية الإضاءة أيضًا. يجب وضع الضوء بحيث يُرى انعكاسه مُغطيًا السطح بالكامل. كما يجب أن يكون الحجم الزاوي لمصدر الضوء أكبر بكثير من حجم العين. على سبيل المثال، عند استخدام مصباح متوهج، قد تظهر الأهداب فقط في انعكاس الفتيل. بتقريب المصباح من السطح، يصبح الحجم الزاوي أكبر، وقد يبدو الفتيل وكأنه يُغطي السطح بالكامل، مما يُعطي قراءات أوضح. أحيانًا، يُستخدم مُشتت للضوء ، مثل الطلاء المسحوق داخل المصابيح الزجاجية المُعتمة، لتوفير انعكاس متجانس عن الزجاج. عادةً، تكون القياسات أكثر دقة عندما يكون مصدر الضوء أقرب ما يُمكن إلى السطح، بينما تكون العين أبعد ما يُمكن. ^{[ 3 ]}

كيف تتشكل أهداب التداخل

يوضح الرسم التخطيطي سطحًا بصريًا مستويًا موضوعًا على سطحٍ مُراد اختباره. ما لم يكن السطحان مستويين تمامًا، ستكون هناك فجوة صغيرة بينهما (كما هو موضح)، وتختلف هذه الفجوة باختلاف انحناء السطح. يخترق ضوء أحادي اللون (أحمر) السطح الزجاجي المستوي وينعكس من كلٍّ من السطح السفلي للسطح البصري المستوي والسطح العلوي للعينة المراد اختبارها، ثم يتحد الشعاعان المنعكسان ويتراكبان . مع ذلك، يسلك الشعاع المنعكس من السطح السفلي مسارًا أطول، يساوي ضعف الفجوة بين السطحين. إضافةً إلى ذلك، يخضع الشعاع المنعكس من السطح السفلي لانعكاس طوري بمقدار 180 درجة، بينما لا يُحدث الانعكاس الداخلي للشعاع الآخر من الجانب السفلي للسطح البصري المستوي أي انعكاس طوري. يعتمد سطوع الضوء المنعكس على الفرق في طول مسار الشعاعين.

التداخل البنّاء : في المناطق التي يكون فيها فرق طول المسار بين شعاعين مساويًا لمضاعف فردي لنصف طول موجة الضوء (λ/2)، تكون الموجات المنعكسة متوافقة في الطور ، وبالتالي تتطابق قمم وقيعان الموجات. ونتيجة لذلك، تتعزز الموجات (تتجمع) وتزداد شدة الضوء الناتج، مما يؤدي إلى ظهور منطقة مضيئة.
التداخل الهدام : في مواقع أخرى، حيث يكون فرق طول المسار مساوياً لمضاعف زوجي لنصف الطول الموجي، ستكون الموجات المنعكسة متعاكسة الطور بمقدار 180 درجة ، بحيث يتطابق "قاع" إحدى الموجات مع "قمة" الموجة الأخرى. وبالتالي، ستلغي الموجات بعضها بعضاً (تطرح بعضها بعضاً)، وستكون شدة الضوء الناتجة أضعف أو معدومة. ونتيجة لذلك، ستُلاحظ منطقة مظلمة هناك.

إذا لم تكن المسافة بين السطحين ثابتة، ينتج عن هذا التداخل نمط من الخطوط أو الأشرطة المضيئة والمظلمة تُسمى " أهداب التداخل " تُلاحظ على السطح. تُشبه هذه الأهداب خطوط الكنتور على الخرائط، إذ تُظهر اختلافات الارتفاع في السطح السفلي للاختبار. تكون المسافة بين السطحين ثابتة على طول الهدب. يبلغ فرق طول المسار بين هدبين متجاورين مضيئين أو مظلمين طول موجة الضوء، لذا فإن الفرق في المسافة بين السطحين يساوي نصف طول موجة الضوء. ولأن طول موجة الضوء صغير جدًا، يمكن لهذه التقنية قياس انحرافات صغيرة جدًا عن الاستواء. على سبيل المثال، يبلغ طول موجة الضوء الأحمر حوالي 700 نانومتر، لذا فإن الفرق في الارتفاع بين هدبين يساوي نصف ذلك، أي 350 نانومتر، وهو ما يُعادل 1/100 من قطر شعرة الإنسان تقريبًا.

الاشتقاق الرياضي

تغير سطوع الضوء المنعكس كدالة لعرض الفجوة $d\,$ يمكن إيجادها باشتقاق صيغة مجموع الموجتين المنعكستين. افترض أن المحور z موجه في اتجاه الأشعة المنعكسة. افترض، للتبسيط، أن شدة A لشعاعي الضوء المنعكسين متساوية (وهذا نادرًا ما يكون صحيحًا، ولكن نتيجة الاختلافات في الشدة هي مجرد تباين أقل بين الأهداب المضيئة والمظلمة). معادلة المجال الكهربائي لشعاع الضوء الجيبي المنعكس من السطح العلوي والمتحرك على طول المحور z هي

E_{1}(z,t)=A\cos \left({\frac {2\pi z}{\lambda }}-\omega t\right)

أين $A\,$ تمثل λ ذروة السعة، وλ تمثل الطول الموجي، و $\omega =2\pi f\,$ يمثل التردد الزاوي للموجة. سيتأخر الشعاع المنعكس من السطح السفلي بسبب طول المسار الإضافي وانعكاس الطور بمقدار 180 درجة عند الانعكاس، مما يتسبب في إزاحة طورية. $\phi \,$ بالنسبة للشعاع العلوي

E_{2}(z,t)=A\cos \left({\frac {2\pi z}{\lambda }}-\omega t+\phi \right)\,

أين ${\textstyle \phi \,}$ يمثل فرق الطور بين الموجتين بالراديان . ستتراكب الموجتان وتتجمعان: مجموع المجالين الكهربائيين للموجتين هو

E=E_{1}+E_{2}=A\left[\cos \left({\frac {2\pi z}{\lambda }}-\omega t\right)+\cos \left({\frac {2\pi z}{\lambda }}-\omega t+\phi \right)\right]\,

استخدام المتطابقة المثلثية لمجموع جيبي تمام: $\cos a+\cos b=2\cos \left({a+b \over 2}\right)\cos \left({ab \over 2}\right)\,$ يمكن كتابة هذا

E=2A\cos \left({\phi \over 2}\right)\cos \left({2\pi z \over \lambda }-\omega t+{\phi \over 2}\right)\,

يمثل هذا موجة عند الطول الموجي الأصلي، ويكون سعتها متناسبة مع جيب تمام الزاوية. ${\textstyle {\frac {\phi} {2}}}$ وبالتالي، فإن سطوع الضوء المنعكس هو دالة جيبية متذبذبة لعرض الفجوة d . فرق الطور ${\textstyle \phi }$ يساوي مجموع إزاحة الطور ${\textstyle {2\pi \over \lambda }(2d)\,}$ بسبب اختلاف طول المسار 2d وانزياح الطور الإضافي بمقدار 180 درجة عند الانعكاس

\phi ={4\pi d \over \lambda }+\pi =2\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)

إذن، سيكون المجال الكهربائي للموجة الناتجة هو

E=2A\cos \left[\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)\right]\cos \left[{2\pi z \over \lambda }-\omega t+\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)\right]\,

يمثل هذا موجة متذبذبة يتغير مقدارها بشكل جيبي بين $2A$ وصفر كـ $d$ يزداد.

التداخل البنّاء : سيكون السطوع في أقصى حد له حيث $\left|\cos \pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)\right|=1\,$ ، وهو ما يحدث عندما
${\begin{aligned}\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)&=n\pi ,\quad n\in {0,1,2,\ldots }\\\Rightarrow d&=\left(n-{1 \over 2}\right){\lambda \over 2}\end{aligned}}$

$\Rightarrow d={\lambda \over 4},{3\lambda \over 4},{5\lambda \over 4},\ldots$

التداخل الهدام : سيكون السطوع صفراً (أو في الحالة الأكثر عمومية الحد الأدنى) حيث $\left|\cos \pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)\right|=0\,$ ، وهو ما يحدث عندما
${\begin{aligned}\pi \left({2d \over \lambda }+{1 \over 2}\right)&=\left(n+{1 \over 2}\right)\pi ,\quad n\in {0,1,2,\ldots }\\\Rightarrow d&=n{\lambda \over 2}\end{aligned}}$

$\Rightarrow d=0,{2\lambda \over 4},{4\lambda \over 4},{6\lambda \over 4},\ldots$

وهكذا تتناوب الأهداب المضيئة والمظلمة، حيث يمثل الفصل بين هدبين مضيئين أو مظلمين متجاورين تغييرًا في طول الفجوة بمقدار نصف طول موجي (λ/2).

الدقة والأخطاء

على عكس المتوقع، لا توجد أهداب التداخل داخل الفجوة أو على السطح المستوي نفسه. تتشكل هذه الأهداب عندما تتقارب موجات الضوء عند العين أو الكاميرا، مكونةً الصورة. ولأن الصورة هي محصلة تداخل جميع جبهات الموجات المتقاربة، فإن استواء سطح الاختبار لا يُقاس إلا نسبةً إلى استواء السطح البصري المستوي. أي انحرافات على السطح المستوي تُضاف إلى الانحرافات على سطح الاختبار. لذلك، لا يمكن اختبار سطح مصقول باستواء λ/4 بفعالية باستخدام سطح مستوٍ λ/4، إذ لا يمكن تحديد موضع الأخطاء، ولكن يمكن الكشف عن ملامحه من خلال الاختبار بأسطح أكثر دقة مثل سطح بصري مستوٍ λ/20 أو λ/50. هذا يعني أيضًا أن الإضاءة وزاوية الرؤية تؤثران على دقة النتائج. فعند الإضاءة أو الرؤية بزاوية، تكون المسافة التي يقطعها الضوء عبر الفجوة أطول مما هي عليه عند الرؤية والإضاءة المباشرة. وبالتالي، كلما زادت زاوية السقوط حدةً، بدت الأهداب وكأنها تتحرك وتتغير. تُعد زاوية السقوط الصفرية عادةً الزاوية الأمثل، سواءً للإضاءة أو للرؤية. مع ذلك، يصعب تحقيق ذلك بالعين المجردة في أغلب الأحيان. تستخدم العديد من أجهزة قياس التداخل مقسمات الشعاع للحصول على هذه الزاوية. ولأن النتائج نسبية لطول موجة الضوء، يمكن زيادة الدقة باستخدام ضوء ذي أطوال موجية أقصر، على الرغم من أن خط 632 نانومتر من ليزر الهيليوم-نيون يُستخدم غالبًا كمعيار. ^{[ 4 ]}

لا يوجد سطح مستوٍ تمامًا. لذا، فإن أي أخطاء أو عيوب موجودة على السطح البصري المستوي ستؤثر على نتائج الاختبار. الأسطح البصرية المستوية حساسة للغاية لتغيرات درجة الحرارة، مما قد يُسبب انحرافات سطحية مؤقتة ناتجة عن التمدد الحراري غير المتساوي . غالبًا ما يُعاني الزجاج من ضعف التوصيل الحراري ، ويستغرق وقتًا طويلاً للوصول إلى التوازن الحراري . مجرد لمس الأسطح المستوية قد ينقل حرارة كافية لتغيير النتائج، لذلك تُستخدم أنواع من الزجاج مثل السيليكا المنصهرة أو البوروسيليكات ، والتي تتميز بمعاملات تمدد حراري منخفضة جدًا. يجب أن يكون الزجاج صلبًا ومستقرًا للغاية، وعادةً ما يكون سميكًا جدًا لمنع انحنائه . عند القياس على مقياس النانومتر، فإن أدنى ضغط قد يتسبب في انحناء الزجاج بما يكفي لتشويه النتائج. لذلك، يلزم أيضًا سطح عمل مستوٍ ومستقر للغاية، لإجراء الاختبار عليه، لمنع كل من السطح المستوي وقطعة الاختبار من الترهل تحت وزنهما معًا. غالبًا ما تُستخدم صفيحة سطحية مصقولة بدقة كسطح عمل، لتوفير سطح طاولة ثابت للاختبار. ولتوفير سطح أكثر استواءً، قد يتم إجراء الاختبار أحيانًا فوق سطح بصري مستوٍ آخر، مع وضع سطح الاختبار في المنتصف.

تسطح مطلق

التسطيح المطلق هو تسطيح جسم ما عند قياسه بمقياس مطلق ، حيث يكون السطح المرجعي (المعياري) خاليًا تمامًا من أي عيوب. يُقاس تسطيح أي سطح بصري بالنسبة لتسطيح المعيار الأصلي المستخدم في معايرته. ولأن كلا السطحين يحتوي على بعض العيوب، فإن طرق معرفة التسطيح المطلق الحقيقي لأي سطح بصري قليلة. السطح الوحيد الذي يمكن أن يحقق تسطيحًا شبه مطلق هو السطح السائل، مثل الزئبق، ويمكنه أحيانًا تحقيق قراءات تسطيح في حدود λ/100، أي ما يعادل انحرافًا قدره 6.32 نانومتر فقط (632 نانومتر/100). مع ذلك، يصعب استخدام الأسطح السائلة ومحاذاتها بدقة، لذا فهي تُستخدم عادةً فقط عند تحضير سطح معياري لمعايرة أسطح أخرى. ^{[ 5 ]}

الطريقة الأخرى لتحديد الاستواء المطلق هي "اختبار الأسطح الثلاثة". في هذا الاختبار، تُقارن ثلاثة أسطح متساوية في الحجم والشكل. ومن خلال تحليل الأنماط واختلافات الطور بينها ، يمكن استقراء الخطوط الكنتورية المطلقة لكل سطح. يتطلب هذا عادةً إجراء ما لا يقل عن اثني عشر اختبارًا فرديًا، حيث يُقارن كل سطح مع كل سطح آخر في اتجاهين مختلفين على الأقل. ولتجنب أي أخطاء، قد تُختبر الأسطح أحيانًا وهي مستندة على حافتها، بدلًا من وضعها بشكل مسطح، مما يساعد على منع الترهل. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

عصر

يحدث الالتصاق عندما يُدفع معظم الهواء للخارج من بين السطحين، مما يؤدي إلى تماسك السطحين معًا، جزئيًا بفعل الفراغ بينهما. كلما كان السطحان أكثر استواءً، كان التصاقهما أفضل، خاصةً عندما يمتد الاستواء حتى الحواف. إذا كان السطحان مستويين للغاية، فقد يلتحمان معًا بشدة لدرجة أنه قد يلزم بذل قوة كبيرة لفصلهما.

لا تتشكل أهداب التداخل عادةً إلا عندما يبدأ السطح البصري المستوي بالالتصاق بسطح الاختبار. إذا كانت الأسطح نظيفة ومستوية للغاية، فإنها ستبدأ بالالتصاق فورًا تقريبًا بعد التلامس الأول. بعد بدء الالتصاق، ومع خروج الهواء ببطء من بين الأسطح، يتشكل إسفين بصري بينها. تتشكل أهداب التداخل عموديًا على هذا الإسفين. ومع خروج الهواء، تبدو الأهداب وكأنها تتحرك نحو الفجوة الأسمك، فتنتشر وتصبح أعرض ولكن أقل عددًا. ومع خروج الهواء، يزداد الفراغ الذي يربط الأسطح ببعضها. لا ينبغي السماح للسطح البصري المستوي بالالتصاق الكامل بالسطح، وإلا فقد يتعرض للخدش أو حتى الكسر عند فصله. في بعض الحالات، إذا تُرك لعدة ساعات، قد يلزم استخدام قطعة من الخشب لفكه. يُجرى اختبار استواء السطح البصري المستوي عادةً بمجرد ظهور نمط تداخل واضح، ثم تُفصل الأسطح قبل أن تلتصق تمامًا. نظرًا لأن زاوية الإسفين ضحلة للغاية والفجوة صغيرة جدًا، فقد يستغرق الالتصاق بضع ساعات. إن تحريك الجزء المسطح بالنسبة للسطح يمكن أن يسرع عملية العصر، لكن محاولة ضغط الهواء للخارج لن يكون لها تأثير يذكر.

إذا لم تكن الأسطح مستوية بما فيه الكفاية، أو إذا وُجدت عليها أي طبقات زيتية أو شوائب، أو إذا استقرت جزيئات غبار صغيرة بينها، فقد لا تُصدر صوتًا عند الضغط عليها. لذلك، يجب أن تكون الأسطح نظيفة تمامًا وخالية من أي شوائب للحصول على قياس دقيق. ^{[ 8 ]}

تحديد شكل السطح

تتصرف الحواف بشكل مشابه للخطوط على خريطة التضاريس ، حيث تكون الحواف دائمًا عمودية على الفاصل بين السطحين. عند بدء عملية التمدد، تكون زاوية الفاصل كبيرة، فتشبه الحواف خطوط شبكة التضاريس. إذا كانت الحواف مستقيمة، فإن السطح يكون مستويًا. إذا سُمح للسطحين بالتمدد الكامل والتوازي، ستتسع الحواف المستقيمة حتى لا يتبقى سوى حافة داكنة، ثم تختفي تمامًا. إذا لم يكن السطح مستويًا، فستحتوي خطوط الشبكة على بعض الانحناءات، مما يشير إلى تضاريس السطح. قد تشير الحواف المستقيمة المنحنية إلى ارتفاع أو انخفاض. تشير الحواف المستقيمة ذات الشكل "V" في المنتصف إلى وجود سلسلة جبال أو وادٍ يمتد عبر المركز، بينما تشير الحواف المستقيمة المنحنية بالقرب من الأطراف إلى حواف مستديرة أو ذات حافة مرتفعة.

إذا لم تكن الأسطح مستوية تمامًا، فمع استمرار عملية العصر، ستتسع الحواف وتستمر في الانحناء. وعند العصر الكامل، ستشبه هذه الحواف خطوط التضاريس، مما يدل على الانحرافات الموجودة على السطح. تشير الحواف المستديرة إلى أسطح مائلة بلطف أو أسطوانية الشكل، بينما تشير الزوايا الضيقة في الحواف إلى زوايا حادة في السطح. قد تشير الدوائر الصغيرة المستديرة إلى نتوءات أو انخفاضات، بينما تشير الدوائر متحدة المركز إلى شكل مخروطي. تشير الدوائر متحدة المركز غير المتساوية التباعد إلى سطح محدب أو مقعر. قبل أن تعصر الأسطح بالكامل، ستتشوه هذه الحواف بسبب الزاوية الإضافية لضغط الهواء، لتتحول إلى خطوط التضاريس مع دفع الهواء ببطء إلى الخارج.

تتميز الهدبات الداكنة المفردة بسماكة متساوية للفجوة، متتبعةً خطًا يمتد على طول الهدب. وتشير الهدبات المضيئة المجاورة إلى سماكة إما أقل بنصف طول الموجة أو أكبر بنصف طول الموجة. وكلما كانت الهدبات أرق وأقرب، كان الانحدار أشد، بينما تدل الهدبات الأعرض والمتباعدة على انحدار أقل. وللأسف، يستحيل تحديد ما إذا كانت الهدبات تشير إلى انحدار صاعد أو هابط من خلال رؤية واحدة لها فقط، لأن الهدبات المجاورة قد تشير إلى أي من الاتجاهين. ويمكن أن تشير حلقة من الدوائر متحدة المركز إلى أن السطح إما مقعر أو محدب، وهو تأثير مشابه لوهم القناع المجوف .

توجد ثلاث طرق لاختبار شكل السطح، لكن الطريقة الأكثر شيوعًا هي "اختبار ضغط الإصبع". في هذا الاختبار، يُضغط ضغطًا خفيفًا على السطح المسطح لمعرفة اتجاه حركة الأهداب. تتحرك الأهداب بعيدًا عن الطرف الضيق للوتد. إذا كان السطح مقعرًا، فعند الضغط على مركز الحلقات، سينثني السطح المسطح قليلًا وستبدو الأهداب وكأنها تتحرك للداخل. أما إذا كان السطح محدبًا، فسيكون السطح المسطح على اتصال نقطي بالسطح في تلك النقطة، لذا لن يكون لديه مجال للانثناء. وبالتالي، ستبقى الأهداب ثابتة، وتتسع قليلًا فقط. يحدث شيء مشابه عند الضغط على حافة السطح المسطح. إذا كان السطح محدبًا، فسيهتز السطح المسطح قليلًا، مما يؤدي إلى تحرك الأهداب نحو الإصبع. أما إذا كان السطح مقعرًا، فسيثني السطح المسطح قليلًا، وستتحرك الأهداب بعيدًا عن الإصبع نحو المركز. على الرغم من أن هذا يسمى اختبار ضغط "الإصبع"، إلا أنه غالبًا ما يتم استخدام عصا خشبية أو أداة أخرى لتجنب تسخين الزجاج (حيث أن وزن عود الأسنان غالبًا ما يكون كافيًا للضغط).

تتضمن طريقة أخرى تعريض السطح المسطح للضوء الأبيض، مما يسمح بتكوين أهداب قوس قزح، ثم الضغط على المركز. إذا كان السطح مقعرًا، فسيكون هناك تلامس نقطي على طول الحافة، وستتحول الأهداب الخارجية إلى اللون الداكن. أما إذا كان السطح محدبًا، فسيكون هناك تلامس نقطي في المركز، وستتحول الأهداب المركزية إلى اللون الداكن. وكما هو الحال مع ألوان تلطيف الفولاذ، ستكون الأهداب بنية اللون قليلاً عند الجانب الأضيق منها وزرقاء عند الجانب الأوسع، لذا إذا كان السطح مقعرًا فسيكون اللون الأزرق داخل الحلقات، أما إذا كان محدبًا فسيكون اللون الأزرق خارجها.

تتضمن الطريقة الثالثة تحريك العين بالنسبة للسطح المستوي. عند تحريك العين من زاوية سقوط صفرية إلى زاوية مائلة، ستظهر الأهداب وكأنها تتحرك. إذا كان سطح الاختبار مقعرًا، ستظهر الأهداب وكأنها تتحرك نحو المركز. أما إذا كان السطح محدبًا، فستتحرك الأهداب بعيدًا عن المركز. للحصول على قراءة دقيقة للسطح، يُنصح عادةً بإجراء الاختبار في اتجاهين مختلفين على الأقل. تمثل الأهداب، كخطوط شبكية، جزءًا فقط من الشبكة، لذا قد يظهر وادٍ يمتد عبر السطح كانحناء طفيف في الهدب إذا كان موازيًا له. مع ذلك، إذا تم تدوير السطح البصري المستوي 90 درجة وإعادة الاختبار، فستكون الأهداب عمودية على الوادي، وسيظهر على شكل صف من الخطوط الكنتورية على شكل حرف V أو U في الأهداب. من خلال الاختبار في أكثر من اتجاه، يمكن الحصول على خريطة أفضل للسطح. ^{[ 9 ]}

الاستقرار على المدى الطويل

مع الاستخدام والعناية المناسبين، يجب أن تحافظ الأسطح البصرية المستوية على استوائها لفترات طويلة. لذا، تُستخدم عادةً أنواع من الزجاج الصلب ذات معاملات تمدد حراري منخفضة، مثل السيليكا المنصهرة ، في تصنيعها. مع ذلك، أظهرت بعض القياسات المخبرية لأسطح بصرية من السيليكا المنصهرة عند درجة حرارة الغرفة حركةً تتوافق مع لزوجة المادة في حدود 10¹⁷ ^- 10¹⁸ ^{باسكال.ثانية}. [ ^{10 ] وهذا} يعادل انحرافًا بضعة نانومترات على مدى عقد من الزمن. ولأن استواء السطح البصري نسبي لاستواء السطح الأصلي المستخدم في الاختبار، فإن الاستواء الحقيقي (المطلق) وقت التصنيع لا يُمكن تحديده إلا بإجراء اختبار التداخل باستخدام سطح سائل، أو بإجراء "اختبار الأسطح الثلاثة"، حيث تُحلل أنماط التداخل الناتجة عن ثلاثة أسطح باستخدام الحاسوب. وقد أظهرت بعض الاختبارات التي أُجريت أن انحرافًا يحدث أحيانًا على سطح السيليكا المنصهرة. مع ذلك، تُظهر الاختبارات أن التشوه قد يكون متقطعًا، حيث تتشوه بعض الأسطح المستوية فقط خلال فترة الاختبار، بعضها يتشوه جزئيًا، والبعض الآخر يبقى على حاله. سبب التشوه غير معروف، ولن يكون مرئيًا للعين المجردة طوال العمر. (يبلغ الانحراف السطحي الطبيعي لسطح مستوٍ بسمك λ/4 حوالي 158 نانومترًا، بينما يبلغ الانحراف الطبيعي لسطح مستوٍ بسمك λ/20 أكثر من 30 نانومترًا). وقد لوحظ هذا التشوه فقط في السيليكا المنصهرة، بينما لا يزال زجاج الصودا والجير يُظهر لزوجة تبلغ 10⁴¹ ^{باسكال.ثانية} ، وهي أعلى بكثير. ^{[ 11 ]}

انظر أيضاً

حلقات نيوتن
الربط التلامسي البصري
كتلة القياس ، نوع آخر من المكونات المصممة لتحقيق التسطيح
- طبق جانبي

مراجع

↑ إنجلش، ر. إي. (1953). "الأسطح البصرية المستوية". في إنجلز، ألبرت ج. (محرر). صناعة التلسكوبات للهواة، الكتاب الثالث . مجلة ساينتفك أمريكان. الصفحات 156-162 .
↑ علم القياس والمعايرة، تأليف بيوور – ماكجرو هيل 2009، الصفحات 224-230
↑ اختبار محلات البصريات، بقلم دانيال مالاكارا - جون وايلي وأولاده 2009، الصفحات 10-12
↑ علم القياس والمعايرة، تأليف بيوور – ماكجرو هيل 2009، الصفحات 224-230
↑ "قاعدة بيانات البصريات: البصريات التطبيقية - قياسات الشكل المطلق باستخدام مرجع سائل مستوٍ" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2015-04-07 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2013-12-12 .
↑ دليل القياس البصري: المبادئ والتطبيقات ، تأليف تورو يوشيزاوا - دار نشر سي آر سي، 2003، الصفحات 426-428
↑ "قاعدة بيانات البصريات: البصريات التطبيقية - اختبار ثلاثي الأسطح مع ألواح في وضع أفقي" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-12-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-12-2013 .
↑ دليل مهندسي الأدوات والتصنيع، تأليف دبليو إتش كوبرلي ورامون باكرجيان - جمعية مهندسي التصنيع، 1989، الصفحات 12-13
↑ اختبار محلات البصريات، بقلم دانيال مالاكارا - جون وايلي وأولاده 2009، الصفحات 5-9
↑ فانوني، م.؛ سوردوني، أ.؛ موليسيني، ج. (2011). "زمن الاسترخاء ولزوجة زجاج السيليكا المنصهر عند درجة حرارة الغرفة". المجلة الأوروبية للفيزياء E. 34 ( 9): 9-14 . doi : 10.1140/epje/i2011-11092-9 . PMID 21947892. S2CID 2246471 .
↑ فانوني، ماوريتسيو؛ سورديني، أندريا؛ موليسيني، جوزيبي (مارس 2010). "ملاحظة تشوه طويل الأمد عند درجة حرارة الغرفة في السيليكا المنصهرة" . أوبتكس إكسبرس . 18 (5): 5114-5123 . Bibcode : 2010OExpr..18.5114V . doi : 10.1364/OE.18.005114 . PMID 20389524 .

[1] إنجلش، ر. إي. (1953). "الأسطح البصرية المستوية". في إنجلز، ألبرت ج. (محرر). صناعة التلسكوبات للهواة، الكتاب الثالث . مجلة ساينتفك أمريكان. الصفحات 156-162 .

[2] علم القياس والمعايرة، تأليف بيوور – ماكجرو هيل 2009، الصفحات 224-230

[3] اختبار محلات البصريات، بقلم دانيال مالاكارا - جون وايلي وأولاده 2009، الصفحات 10-12

[4] علم القياس والمعايرة، تأليف بيوور – ماكجرو هيل 2009، الصفحات 224-230

[5] "قاعدة بيانات البصريات: البصريات التطبيقية - قياسات الشكل المطلق باستخدام مرجع سائل مستوٍ" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2015-04-07 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2013-12-12 .

[6] دليل القياس البصري: المبادئ والتطبيقات ، تأليف تورو يوشيزاوا - دار نشر سي آر سي، 2003، الصفحات 426-428

[7] "قاعدة بيانات البصريات: البصريات التطبيقية - اختبار ثلاثي الأسطح مع ألواح في وضع أفقي" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-12-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-12-2013 .

[8] دليل مهندسي الأدوات والتصنيع، تأليف دبليو إتش كوبرلي ورامون باكرجيان - جمعية مهندسي التصنيع، 1989، الصفحات 12-13

[9] اختبار محلات البصريات، بقلم دانيال مالاكارا - جون وايلي وأولاده 2009، الصفحات 5-9

[10] فانوني، م.؛ سوردوني، أ.؛ موليسيني، ج. (2011). "زمن الاسترخاء ولزوجة زجاج السيليكا المنصهر عند درجة حرارة الغرفة". المجلة الأوروبية للفيزياء E. 34 ( 9): 9-14 . doi : 10.1140/epje/i2011-11092-9 . PMID 21947892. S2CID 2246471 .

[11] فانوني، ماوريتسيو؛ سورديني، أندريا؛ موليسيني، جوزيبي (مارس 2010). "ملاحظة تشوه طويل الأمد عند درجة حرارة الغرفة في السيليكا المنصهرة" . أوبتكس إكسبرس . 18 (5): 5114-5123 . Bibcode : 2010OExpr..18.5114V . doi : 10.1364/OE.18.005114 . PMID 20389524 .

[

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

10 ] وهذا

[ 11 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗