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Lexikon der Optik: Interferogramm

Interferogramm, das (meist photographisch) festgehaltene Bild einer Interferenzerscheinung, das Aufschlüsse über die am Zustandekommen der Interferenzen beteiligten optischen Flächen oder Medien gibt. Aus dem I. kann man die Ebenheit, Planparallelität, Oberflächenrauhigkeit, den Brechungsindex u.a. ermitteln sowie relative oder absolute Dickenmessungen durchführen. Die I. erhält man mittels photographischer Einrichtungen an Interferometern.

Bei den Interferenzkurven gleicher Dicke, die nach dem Zweistrahl- oder Mehrstrahlprinzip (Vielstrahlinterferenz) erhalten werden, entspricht beim Auflichtverfahren dem Abstande zweier Streifen ein Unterschied von λ/2 in der Keildicke, wobei λ die benutzte Wellenlänge bezeichnet.

Die sinusförmige Intensitätsverteilung der üblichen Zweistrahlinterferenzen läßt eine Lokalisierung des Streifenmaximums auf etwa 1/10 Streifenabstand, also λ/20≈0,025 μm zu, so daß Dickenunterschiede dieses Betrages noch erkannt werden können. Die Meßgenauigkeit in einem Zweistrahlinterferogramm kann durch harte Kopien auf etwa λ/50 und bei der Auswertung mit Äquidensiten auf etwa λ/200 verbessert werden (s.u.). Bei dem steilen Intensitätsverlaufe der Vielstrahlinterferenzen können unter besonderen Voraussetzungen Meßgenauigkeiten von λ/1000 erreicht werden; dieses Verfahren kann jedoch nur bei niedrigen Interferenzordnungen und kleinen Keilwinkeln zuverlässige Werte liefern.

Die Interferenzstreifen eines I. können meist als Niveaulinien der fiktiven Objektwellenfronten aufgefaßt werden, wenn der Vergleichsstrahlengang des Interferometers vom Objekte unbeeinflußt bleibt. Da Objekt- und Vergleichsstrahlengang mittels der Justiervorrichtung in verschiedener Weise gegeneinander geneigt werden können, erhalten die I. des gleichen Objektes verschiedenes Aussehen. Im Niveaulinienbild bedeutet dies, daß die Schar paralleler äquidistanter Ebenen (die Vergleichswellenfronten), deren Schnittlinien mit der Objektwellenfront die Niveaulinien sind, gegenüber der Objektwellenfront verschieden geneigt sein kann. Ist letztere ganz oder teilweise nahezu eben, dann spricht man vom waagerechten Schnitt, wenn die Vergleichswellenfronten parallel oder nahezu parallel zu ihr verlaufen. Meist sind dann keine Interferenzstreifen mehr zu erkennen, sondern nur noch helle und dunkle Flächen im monochromatischen oder farbige Flächen im weißen Lichte. Wegen der Ähnlichkeit mit dem Phasenkontrastverfahren spricht man in diesem Falle auch von Interferenzkontrast.

Zum Messen im I. wird meist monochromatisches Licht verwendet, weil hier die Wellenlänge genau definiert ist. Die farbigen Interferenzen im weißen Lichte werden zum Zuordnen der Interferenzstreifen, beispielsweise bei Dickensprüngen, sowie zum Hervorheben feiner Objekteinzelheiten benutzt.

Nichtlineare Verarbeitung von I. Dies dient zur Erhöhung der Meßgenauigkeit bei der Auswertung von I. Da der photographische Prozeß selbst schon nichtlineare Verzerrungen der Intensitätsverteilung des Interferenzbildes hervorruft, können solche Verzerrungen auch bewußt zur Steigerung der Meßgenauigkeit genutzt werden. Zwei häufig verwendete Methoden, nämlich die harte Kopie und die Herstellung von Äquidensiten, ermöglichen eine genauere Bestimmung der Lage der Intensitätsmaxima aus den steileren Flankenwerten. Die Messung läßt sich auch mit elektronischen Mitteln (elektronische Äquidensiten) oder mit Densitometern durchführen.

Von einem allgemeineren Standpunkte aus gesehen werden durch die nichtlineare Verzerrung – im Extremfalle handelt es sich um eine Umwandlung in transparente und opake Bereiche – höhere Harmonische bezüglich der Grundperiode des Streifensystems erzeugt. Aus der räumlichen Intensitätsverteilung I(x)=I0[1+Vcos(2παx-Φ)] mit V als Sichtbarkeit des Interferenzbildes und α als dem Reziproken der Streifenperiode wird dann eine Transparenzverteilung

, die durch kohärente Filterung nach ihren Ortsfrequenzen nα zerlegt werden kann. In einer Doppel-Beugungsanordnung durchstrahlt man das I., separiert die n-te und die -n-te Beugungsordnung und überlagert diese beiden Wellen erneut zu einem Bilde. Dadurch erreicht man eine Erhöhung der Meßgenauigkeit für die Phase um den Faktor 2n, vorausgesetzt, daß die Frequenzbandbreite von nΦ(x) kleiner als α ist.

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