„Fizeau-Interferometer“ – Versionsunterschied
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Ein''' Fizeau-Interferometer'''<ref>Peter R. Lawson: ''Principles of Long Baseline Stellar Interferometry.'' In: ''Course notes from the 1999 Michelson Summer School, 15.–19. August 1999.'' National Aeronautics and Space Administration, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, 2000.</ref> (benannt nach seinem Erfinder [[Hippolyte Fizeau]]) ist ein spezielles [[Interferometer]], das unter anderem für die Beurteilung der optischen Qualität von Oberflächen und Optiken genutzt wird. |
Ein''' Fizeau-Interferometer'''<ref>Peter R. Lawson: ''Principles of Long Baseline Stellar Interferometry.'' In: ''Course notes from the 1999 Michelson Summer School, 15.–19. August 1999.'' National Aeronautics and Space Administration, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, 2000.</ref> (benannt nach seinem Erfinder [[Hippolyte Fizeau]]) ist ein spezielles [[Interferometer]], das unter anderem für die Beurteilung der optischen Qualität von Oberflächen und Optiken genutzt wird. Dazu wird eine definierte Oberfläche mit einer anderen verglichen mit Hilfe der [[Interferenz]]. |
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Ein Fizeau-Interferometer für die Beurteilung opaker Oberflächen ist wie folgt aufgebaut. [[Monochromatisches Licht]] (z. B. [[Laser]]) wird über eine [[Objektivlinse]] und einer [[Lochblende]] |
Ein Fizeau-Interferometer für die Beurteilung opaker Oberflächen ist wie folgt aufgebaut. [[Monochromatisches Licht]] (z. B. [[Laser]]) wird über eine [[Objektiv (Optik)|Objektivlinse]] und einer [[Blende (Optik)|Lochblende]] „gefiltert“. Die Lochblende befindet sich im[[Fokus]] (Brennpunkt) einer zweiten Linse, der [[Kollimation]]slinse. Zwischen der Blende und der zweiten Linse befindet sich ein [[Strahlteiler]]. |
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Die kolliminierte Strahl trifft nun auf eine Glasplatte, deren zur Kollimationslinse zeigende Oberfläche von guter optischer Qualität ist. Die anderen Oberfläche ist von geringerer Qualität, eine sogenannte λ/20-Oberfläche oder besser ist ausreichend. Sie dient als als Referenzfläche, durch die ein Teil des Lichts reflektiert wird. |
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Der transmittierte Anteil geht weiter zur Probenfläche. Der von der Probenfläche reflektierte Anteil enthält Informationen über die durch die Probe verursachte [[Abbildungsfehler|Aberration]]. Die Wellenfronten beider Anteile rekombinieren im Interferometer und werden über den Strahlteiler auf einen Bildschirm oder Detektor geleitet. Das aufgenommene Bild zeigt nun ein scharfes Bild der Probenfläche, das mit einem Streifenmuster (dem Interferenzmuster) durchzogen ist. |
Der transmittierte Anteil geht weiter zur Probenfläche. Der von der Probenfläche reflektierte Anteil enthält Informationen über die durch die Probe verursachte [[Abbildungsfehler|Aberration]]. Die Wellenfronten beider Anteile rekombinieren im Interferometer und werden über den Strahlteiler auf einen Bildschirm oder Detektor geleitet. Das aufgenommene Bild zeigt nun ein scharfes Bild der Probenfläche, das mit einem Streifenmuster (dem Interferenzmuster) durchzogen ist. |
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Fizeau-Interferometer ist somit vergleichbar mit einem [[Fabry-Pérot-Interferometer]], das ebenfalls aus zwei teilweise [[Reflexion (Physik)|reflektierenden]] Flächen besteht. In einem Fizeau-Interferometer, jedoch sind die beiden Flächen in der Regel weniger reflektierend ([[Reflexionsgrad]] rund 4–30 %), so dass sekundäre Reflexionen weniger zum Randkontrast<!-- (frings contrast?)--> beitragen. |
Fizeau-Interferometer ist somit vergleichbar mit einem [[Fabry-Pérot-Interferometer]], das ebenfalls aus zwei teilweise [[Reflexion (Physik)|reflektierenden]] Flächen besteht. In einem Fizeau-Interferometer, jedoch sind die beiden Flächen in der Regel weniger reflektierend ([[Reflexionsgrad]] rund 4–30 %), so dass sekundäre Reflexionen weniger zum Randkontrast<!-- (frings contrast?)--> beitragen. |
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| ⚫ | Der Strahlteiler hat im Unterschied zu anderen Interferometern keine interferometrische Funktion. Des Weiteren ist er nicht um 45° gegenüber dem kollimierten Strahl verdreht. Daraus ergeben sich ein paar praktische Vorteile:<ref>{{Literatur|Autor=Michael Bass|Titel=Handbook of optics,Volume II: Design, Fabrication, and Testing; Sources and Detectors; Radiometry and Photometry|Verlag=McGraw Hill Professional|ISBN=978-0071498906|Jahr=2009|Auflage=3|Seiten=13.9 |Online = {{Google Buch|BuchID=w3zD5LwGu0sC&pg=SA13-PA9}}}}</ref> Der Stahlteiler |
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# kann bei gleicher Apertur kleiner als bei anderen Interferometern sein und somit auch das Interferometer |
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# es ist leichter auszurichten. |
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<!--Der kleine Luftspalt zwischen den beiden optischen Oberflächen erzeugt Lichtsäume in Bereichen gleicher Luftspaltdicke. |
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Angrenzende Streifen zeigen eine Änderung der Dicke an, die der halben Wellenlänge des Lichts entsprechen.<ref>{{Literatur|Autor=Bass Michael, Decusatis Casimer, Enoch Jay|Titel=Handbook of Optics. Volume I: Geometrical and Physical Optics, Polarized Light, Components and Instruments|Auflage=3|Verlag=McGraw Hill Professional|ISBN=9780071498890}}</ref> |
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Unterschiede in den Radien der beiden Oberflächen sind ebenfalls ersichtlich. |
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Die Lichtsäume sind leicht zu interpretieren, und die Unterschiede von weniger als λ/20 einer Wellenlänge kann visuell gemessen werden. |
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Das klassische Streifenmuster, dass durch ein Fizeau-Interferometer erzeugt wird sind newtonsche Ringe, deshalb wird es manchmal auch als Newton-Interferometer bezeichnet. |
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Diese werden durch den Vergleich einer konvexen Kugel auf einer ebenen Fläche erhalten. |
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*beiden Teilstrahlen nicht leicht zu unterscheiden, weil sie geometrisch gleiche Wegen folgen |
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*zeichnen sich häufig durch eine besonders einfache und robuste Bauweise aus. |
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*justierunempfindlich, Streifenabstand hängt nur von der Parallelität der Oberflächen der Platte ab. |
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Anstelle der Parallelität von Platten kann auch die Ebenheit einer Plattenoberfläche oder generell die Abweichung einer Fläche von einer Sollform bestimmt werden. Dazu wird in dem gezeigten Aufbau die Plan platte durch die zu untersuchende Komponente ersetzt und zusätzlich eine fehlerfreie Referenzfläche als Spiegel verwendet. |
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*im Prinzip interferieren mehr als zwei Teilstrahlen -> zwischen den Oberflächen erfolgen Mehrfachreflexionen -> kein Bedeutung in der praktische Anwendung keine Rolle da im Fall einer Glasfläche nur ca. 0,16 % der einfallenden Strahlung reflektiert wird ( 4 % * 4 % ) |
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<ref>{{Literatur|Autor=Gerd Litfin|Titel=Technische Optik in der Praxis|Verlag=シュプリンガー・ジャパン株式会社|ISBN=9783540218845|Jahr=2004|Seiten=52 |Online = {{Google Buch|BuchID=mHsU4mPToB0C|Seite=52}}}}</ref> |
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== Anwendung == |
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Fizeau-Interferometer werden üblicherweise zur Messung der Form einer optischen Oberfläche verwendet. In der Regel wird dabei eine Linse oder Spiegel mit einem Vergleichsstück gleicher Form oder Oberflächengüte verglichen. Manchmal wird das Vergleichsstück durch ein diffraktives optisches Element realisiert, da diese durch [[Fotolithografie|fotolithographische Methoden]] gefertigt werden können und eine höhere Präzision bei der Herstellung ermöglichen. Fizeau-Interferometer werden auch in faseroptischen Sensoren zur Messung von Druck, Temperatur, Dehnung, etc eingesetzt. |
Fizeau-Interferometer werden üblicherweise zur Messung der Form einer optischen Oberfläche verwendet (z. B. der Parallelität). In der Regel wird dabei eine Linse oder Spiegel mit einem Vergleichsstück gleicher Form oder Oberflächengüte verglichen. Manchmal wird das Vergleichsstück durch ein diffraktives optisches Element realisiert, da diese durch [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)|fotolithographische Methoden]] gefertigt werden können und eine höhere Präzision bei der Herstellung ermöglichen. Fizeau-Interferometer werden auch in faseroptischen Sensoren zur Messung von Druck, Temperatur, Dehnung, etc eingesetzt. |
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Auch in [[Interferenzmikroskop]]en werden häufig Fizeau-Interferometer eingesetzt. Sie zeichnen sich durch einen relativ einfachen Aufbau aus, da nur die Referenzfläche eine hohe optische Qualität aufweisen muss.<ref>{{Literatur|Autor=Reinhart Poprawe|Titel=Lasertechnik für die Fertigung: Grundlagen, Perspektiven und Beispiele für den innovativen Ingenieur|Verlag=シュプリンガー・ジャパン株式会社|ISBN=9783540214069|Jahr=2004|Monat=September|Tag=19|Online = {{Google Buch|BuchID=rPABLxoX9wgC|Seite=405}}}}</ref> |
Auch in [[Interferenzmikroskop]]en werden häufig Fizeau-Interferometer eingesetzt. Sie zeichnen sich durch einen relativ einfachen Aufbau aus, da nur die Referenzfläche eine hohe optische Qualität aufweisen muss.<ref>{{Literatur|Autor=Reinhart Poprawe|Titel=Lasertechnik für die Fertigung: Grundlagen, Perspektiven und Beispiele für den innovativen Ingenieur|Verlag=シュプリンガー・ジャパン株式会社|ISBN=9783540214069|Jahr=2004|Monat=September|Tag=19|Online = {{Google Buch|BuchID=rPABLxoX9wgC|Seite=405}}}}</ref> |
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*{{Literatur|Autor=P. Hariharan|Titel=Optical interferometry|Verlag=Academic Press|ISBN=9780123116307|Jahr=2003|Online = {{Google Buch|BuchID=EGdMO3rfVj4C|Seite=119}}}} |
*{{Literatur|Autor=P. Hariharan|Titel=Optical interferometry|Verlag=Academic Press|ISBN=9780123116307|Jahr=2003|Online = {{Google Buch|BuchID=EGdMO3rfVj4C|Seite=119}}}} |
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*{{Literatur|Autor=P. Hariharan|Titel=Basics of interferometry|Verlag=Academic Press|ISBN=9780123735898|Jahr=2007|Online = {{Google Buch|BuchID=sWbGSSQ6fPYC|Seite=67}}}} |
*{{Literatur|Autor=P. Hariharan|Titel=Basics of interferometry|Verlag=Academic Press|ISBN=9780123735898|Jahr=2007|Online = {{Google Buch|BuchID=sWbGSSQ6fPYC|Seite=67}}}} |
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== Einzelnachweise == |
== Einzelnachweise == |
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Version vom 11. November 2010, 21:48 Uhr
Ein Fizeau-Interferometer[1] (benannt nach seinem Erfinder Hippolyte Fizeau) ist ein spezielles Interferometer, das unter anderem für die Beurteilung der optischen Qualität von Oberflächen und Optiken genutzt wird. Dazu wird eine definierte Oberfläche mit einer anderen verglichen mit Hilfe der Interferenz.
Aufbau
Ein Fizeau-Interferometer für die Beurteilung opaker Oberflächen ist wie folgt aufgebaut. Monochromatisches Licht (z. B. Laser) wird über eine Objektivlinse und einer Lochblende „gefiltert“. Die Lochblende befindet sich imFokus (Brennpunkt) einer zweiten Linse, der Kollimationslinse. Zwischen der Blende und der zweiten Linse befindet sich ein Strahlteiler.
Die kolliminierte Strahl trifft nun auf eine Glasplatte, deren zur Kollimationslinse zeigende Oberfläche von guter optischer Qualität ist. Die anderen Oberfläche ist von geringerer Qualität, eine sogenannte λ/20-Oberfläche oder besser ist ausreichend. Sie dient als als Referenzfläche, durch die ein Teil des Lichts reflektiert wird. Der transmittierte Anteil geht weiter zur Probenfläche. Der von der Probenfläche reflektierte Anteil enthält Informationen über die durch die Probe verursachte Aberration. Die Wellenfronten beider Anteile rekombinieren im Interferometer und werden über den Strahlteiler auf einen Bildschirm oder Detektor geleitet. Das aufgenommene Bild zeigt nun ein scharfes Bild der Probenfläche, das mit einem Streifenmuster (dem Interferenzmuster) durchzogen ist.
Fizeau-Interferometer ist somit vergleichbar mit einem Fabry-Pérot-Interferometer, das ebenfalls aus zwei teilweise reflektierenden Flächen besteht. In einem Fizeau-Interferometer, jedoch sind die beiden Flächen in der Regel weniger reflektierend (Reflexionsgrad rund 4–30 %), so dass sekundäre Reflexionen weniger zum Randkontrast beitragen.
Der Strahlteiler hat im Unterschied zu anderen Interferometern keine interferometrische Funktion. Des Weiteren ist er nicht um 45° gegenüber dem kollimierten Strahl verdreht. Daraus ergeben sich ein paar praktische Vorteile:[2] Der Stahlteiler
- kann bei gleicher Apertur kleiner als bei anderen Interferometern sein und somit auch das Interferometer
- es ist leichter auszurichten.
Anwendung
Fizeau-Interferometer werden üblicherweise zur Messung der Form einer optischen Oberfläche verwendet (z. B. der Parallelität). In der Regel wird dabei eine Linse oder Spiegel mit einem Vergleichsstück gleicher Form oder Oberflächengüte verglichen. Manchmal wird das Vergleichsstück durch ein diffraktives optisches Element realisiert, da diese durch fotolithographische Methoden gefertigt werden können und eine höhere Präzision bei der Herstellung ermöglichen. Fizeau-Interferometer werden auch in faseroptischen Sensoren zur Messung von Druck, Temperatur, Dehnung, etc eingesetzt.
Auch in Interferenzmikroskopen werden häufig Fizeau-Interferometer eingesetzt. Sie zeichnen sich durch einen relativ einfachen Aufbau aus, da nur die Referenzfläche eine hohe optische Qualität aufweisen muss.[3]
Mit eines abgewandelten Fizeau-Interferometer kann auch der Einfluss der Bewegung eines Mediums (wie Wasser) auf die Lichtgeschwindigkeit gemessen werden. Wie in der nebenstehende Grafik dargestellt wird durch einen gekippten Strahlteiler reflektiert und mit Hilfe einer Linse und einem Spalt in zwei parallele Strahlen aufgespalten. Die Strahlen durchqueren jeweils einen anderen Teil eines Rohres, in dem sich Wasser bewegt. Nach der Durchquerung werden beide Strahlen durch eine weitere Linse so an einem Spiegel reflektiert, dass jeder Strahl den Weg des jeweils anderen Strahls zurück nimmt. Die beiden Strahlen werden am Detektor kombiniert und bilden ein Interferenzmuster, das vom Gangunterschied bei ihrem Weg durch das Wasser abhängt.[4]
Literatur
- Joseph M. Geary: Introduction to optical testing. SPIE Press, 1993, ISBN 978-0-8194-1377-2 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- P. Hariharan: Optical interferometry. Academic Press, 2003, ISBN 978-0-12-311630-7 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- P. Hariharan: Basics of interferometry. Academic Press, 2007, ISBN 978-0-12-373589-8 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
Einzelnachweise
- ↑ Peter R. Lawson: Principles of Long Baseline Stellar Interferometry. In: Course notes from the 1999 Michelson Summer School, 15.–19. August 1999. National Aeronautics and Space Administration, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, 2000.
- ↑ Michael Bass: Handbook of optics,Volume II: Design, Fabrication, and Testing; Sources and Detectors; Radiometry and Photometry. 3. Auflage. McGraw Hill Professional, 2009, ISBN 978-0-07-149890-6, S. 13.9 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Reinhart Poprawe: Lasertechnik für die Fertigung: Grundlagen, Perspektiven und Beispiele für den innovativen Ingenieur. シュプリンガー・ジャパン株式会社, 2004, ISBN 978-3-540-21406-9 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Robert Williams Wood: The Macmillan Company, 1905, S. 514 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
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