Interferometrie

Prinzip der Dickemessung mittels Interferometrie

Der Prozeß der Dickemessung basiert im einfachsten Fall auf einem leicht modifizierten Michelson-Interferometer – Abbildung 3-1, in welchen der stationäre Spiegel durch ein reflektierendes Meßobjekt ersetzt wird.
 

Kohärenzlänge der Laserdiode

Generell darf bei Interferometern die Phasenverschiebung der beiden von den Spiegeln reflektierten Teilstrahlen nicht größer werden als die Kohärenzlänge der verwendeten Laserstrahlung. Die Auswertung erfolgt durch das Zählen der sich abwechselnden Interferenzmaxima und -minima. Man versucht deshalb Laser mit möglichst großer Kohärenzlänge herzustellen.

Hier jedoch beruht die Dickemessung nicht auf dem Abzählen der Interferenzstreifen, sondern auf der Detektion der Interferenzen selbst. Dabei wird aus dem Fehler „kurze Kohärenzlänge" ein Qualitätsmerkmal der Laserdiode.

Bei gleichmäßiger Bewegung eines der Referenzspiegel des Michelson-Interferometers – Abbildung 3-1 – treten über die gesamte Kohärenzlänge hindurch kontinuierlich wandernde Interferenzringe – Abbildung 1-4 – auf. Wählt man die Kohärenzlänge durch passende Wahl der Laserdiode sehr kurz, so können nur auf einem sehr kleinen Bereich um die Nullposition Interferenzen beobachtet werden. Die Nullposition entspricht dabei der Position des Motors, bei der beide Spiegel sich im gleichen Abstand vom Strahlteilerwürfel befinden. Die Detektion der Interferenzen ermöglicht bei kurzer Kohärenzlänge eine genaue Aussage über die Position des beweglichen Spiegels.
 

Meßverfahren

Aus Gleichung ( 3-8 ) ergibt sich mit gegebener Verschubgeschwindigkeit des mobilen Referenzspiegels

   ( 3-10 )

die zu erfassende Frequenz

   ( 3-11 ).

Für die Dickemessung – Abbildung 3-3 – muß nun lediglich die Position des mobilen Spiegels kontinuierlich verändert, und der Referenzstrahl mit dem an der Hornhaut reflektierten Laserstrahl überlagert werden.
   Abbildung 3-3: Bestimmung der Interferenzmaxima  
Periodische Intensitätsschwankungen treten auf, wenn der Referenzstrahl entweder mit dem an der Oberseite oder an der Unterseite der Hornhaut reflektierten Meßstrahl interferiert. Aus der Differenz der Spiegelpositionen des Auftretens der Interferenzen durch den Reflex an der Oberseite x_Oberseite und der Unterseite x_Unterseite läßt sich unter Berücksichtigung des Brechungsindex n der Hornhaut ihre Dicke

   ( 3-12 )

bestimmen.
 

Meßgenauigkeit

Die Genauigkeit einer solchen Meßmethode liegt prinzipiell im Bereich der Kohärenzlänge des Lasers. Durch eine theoretisch mögliche Reduktion der Kohärenzlänge ließe sich die Genauigkeit bis in den Bereich von zwei mal der Wellenlänge steigern.