Die wechselseitige Kohärenzfunktion teilkohärenter optischer Lichtwellenfelder und ihre Anwendung zur Formmessung

Im Rahmen dieser Arbeit habe ich eine Methode zur Formcharakterisierung
von optischen Oberflächen entwickelt, welche auf der Messung der räumlichen
Kohärenzfunktion mittels Scherinterferometrie basiert. Durch die Ausnutzung
der Möglichkeit mehrere unabhängige Wellenfronten im Wellenfeld zu
beschreiben, bietet die Messmethode die Möglichkeit einen Prüfling gleichzeitig
aus unterschiedlichen Richtungen zu beleuchten. Hierdurch können typische
Herausforderungen der Metrologie von Apshären und Freiformflächen,
wie unauflösbare Streifendichten auf Grund zu steiler Flanken oder großen
Variationen in der Höhe, gelöst werden. Auch Aperturbeschränkungen können
durch den Einsatz mehrerer Lichtquellen umgangen werden. Um die Beleuchtung
durch mehrere Lichtquellen zu berücksichtigen habe ich eine neue
Auswertemethode, genannt inverses Raytracing, entwickelt. Die räumliche
Kohärenzfunktion wird hinsichtlich der Ausbreitungsrichtung des Lichtes
nach der Brechung an der Prüflingsoberfläche analysiert. Ein nummerischer
Prozess wertet nun Lichtstrahlen aus, welche von den Lichtquellenpositionen
propagieren und an einer virtuellen Oberfläche gebrochen werden. Diejenige
Form der virtuellen Oberfläche, welche zu einer Übereinstimmung mit
den gemessenen Ausbreitungsrichtungen der Lichtstrahlen führt, entspricht
der Oberflächenform des Prüflings. Zudem zeige ich das Potential der neuen
Auswertemethode anhand eines Messvergleiches mit einem etablierten System
und demonstriere die Konvergenz sowie Konsistenz mehrerer Auswertungen
für unterschiedliche Startparameter. Hierzu habe ich ein spezielles
Scherinterferometer mit einem Spatial Light Modulator (SLM) als Scherelement
aufgebaut. Diese Konfiguration ermöglicht interferometrische Messungen
mit teilkohärentem Licht, wie es von LEDs emittiert wird. Dies ist
wichtig für die Trennung der Vielzahl an unabhängigen Wellenfronten. Dieser
Aufbau dient außerdem zur Untersuchung von Fehlerbeiträgen verschiedener
Komponenten. Insbesondere präsentiere ich einen genaueren Blick auf die Eigenschaften
des SLM. Einhergehend mit einer Zusammenfassung diskutiere
ich abschließend den aktuellen Stand der neuen Messmethode in Hinblick auf
ihr Potential und ihre Einschränkungen.