06.12.2011
Das Projekt "Röntgen-Fabry-Perot-Interferometrie" umfasst die Realisierung eines kombinierten abstimmbaren Fabry-Perot-Interferometers für sichtbares Laserlicht und 57Fe-Mößbauer-Strahlung. Das Kernstück bilden zwei orientierte, planparallele, zylindrische Saphir-Einkristalle, deren zentrale versetzungsfreie Bereiche jeweils zu einer 100 µm dicken Lamelle ausgearbeitet sind. Der Reflex ( 1 3 - 4 28 ) erfüllt bei ca. 115 °C die Bragg-Bedingung für 90°-Reflexion der Mößbauer-Strahlung [1,2].
Die Orientierung der Saphiroberflächen, die optische Spiegel darstellen, muss im Bereich weniger Winkelsekunden mit der ( 1 3 - 4 28 )-Netzebene übereinstimmen. Daher ist eine orientierungserhaltende Politur unerlässlich. Hierfür wurde es erforderlich, einen speziellen Proben-Halter, der die zuvor durch Röntgen-Diffraktometrie gefundene Kristall-Orientierung während des Polier-Vorgangs beibehält, eine für diesen Halter geeignete Poliermaschine sowie ein Schräglicht-Interferometer zur iterativen Überprüfung der zunächst matten Oberflächen zu beschaffen.
Weil Saphir als eines der härtesten bekannten Materialien nur sehr schwer bearbeitet werden kann, gestaltet sich die Politur als äußerst schwierig. Durch Sammeln von Erfahrungen und Optimieren von Arbeitsweisen, wie z.B. der Ausnutzung verschiedener Schwenkbereiche des Halters über der rotierenden Polierscheibe, konnte die maximale Unebenheit nun vor kurzem auf unter 180 nm (Abbildung) reduziert werden.
Um die Zielvorgabe weniger Nanometer zu erreichen, wird zur weiteren Optimierung der Politur in Kürze die Nachbearbeitung mittels Ionenstrahl am Institut für Oberflächen-Modifikation (IOM) in Leipzig beginnen [3].
Im Schräglicht-Interferometer aufgenommene Topographie einer mit 3-µm-Diamant-Suspension polierten Oberfläche eines orientierten Saphir-Kristalls. Die Abmessungen sind in der Ebene in Millimetern und in der Höhe in Mikrometern gegeben.
Literatur:
[1] Yu. V. Shvyd’ko, “X-Ray Optics: High energy-resolution Applications”, Berlin, Heidelberg, New York: Springer, (2004).
[2] Yu. V. Shvyd’ko et al., ”X-Ray Interferometry with Microelectronvolt Resolution”, Phys. Rev. Lett. 90, 013904 1-4 (2003).
[3] T. Hänsel, F. Frost, A. Nickel, A. Schindler, Ultra-precision Surface Finishing by Ion Beam Techniques, Vakuuum in Forschung und Praxis 19, 24-30 (2007).