Die wechselseitige Kohärenzfunktion teilkohärenter optischer Lichtwellenfelder und ihre Anwendung zur Formmessung

Abstract

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.