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Interferometrische Ebenheitsmetrologie

Zur flächenhaften Messung der Ebenheit von optischen Planflächen (mit einem maximalen Durchmesser von 300 mm) wird ein Fizeau-Interferometer genutzt (siehe Abbildung). Die erweiterte Messunsicherheit (k=2) beträgt derzeit 11 nm. Da ein Fizeau-Interferometer die Prüflingsfläche mit der Referenzfläche (Fizeaufläche) vergleicht, ist die Kenntnis der absoluten Topografie der Referenzfläche notwendig.

Zur Kalibrierung der Referenzfläche wird ein sogenannter 3-Platten-Test eingesetzt, ähnlich dem in [Gri06] beschriebenen Verfahren. Aktuell wird sowohl die mechanische Stabilität des Aufbaus optimiert als auch die Auswertung verbessert. Ziel ist, die Messunsicherheit der Planflächenmessung zu reduzieren. Zusätzlich wird die Rückführung auch über das deflektometrische Referenzsystem sichergestellt, indem einzelne Schnitte verglichen werden.



Bild 1: Interferometeraufbau zur Ebenheitsmessung


Eine bis heute nicht gut verstandene Eigenschaft von Gläsern ist die sog. „delayed elasticity“. Darunter versteht man die verzögerte Entspannung des Glases, z.B. nach Umlagerungen. Dies hat zur Folge, dass es lange dauern kann, bis Planplatten wieder ihre ursprüngliche Topografie eingenommen haben. In Bild 2 sind Beispiel-Messungen an einer Zerodurplatte mit einem Durchmesser von 330 mm dargestellt. Es sind weitere Untersuchungen notwendig, um hierfür ein besseres Verständnis zu entwickeln.



Bild 2: „Delayed elasticity“ an einer Planplatte aus Zerodur mit Durchmesser von 330 mm. Die Planplatte war zunächst für einige Tage horizontal in der Transportbox gelagert und wurde dann vertikal in ein V-Profil gestellt. Anschließend wurde die Topografie über 20 Stunden gemessen. Die Grafik zeigt die Änderung der Peak-to-Valley (PV)- und der RMS-Werte der Topographie im Verlauf von 20 Stunden. Die Raum-Temperatur war während der Zeit nahezu konstant bei 20,4 °C [Ehr19].


Ausgewählte Veröffentlichungen

[Gri06] U. Griesmann: „Three-flat test solutions based on simple mirror symmetry,“ Appl. Opt.  45, 5856-5865 (2006). doi.org/10.1364/AO.45.005856

[Ehr19] G. Ehret, H. Reinsch, M. Schulz: „Interferometric and deflectometric flatness metrology with nanometre measurement uncertainties for optics up to 1 metre at PTB.“, SPIE Proceedings (11189), Optical Metrology and Inspection for Industrial Applications VI; 1118905 (2019). doi.org/10.1117/12.2538872


Kontakt

Dr.-Ing. Gerd Ehret

Telefon: (0531)592-4220
E-Mail: gerd.ehret(at)ptb.de