Das Smartt-Interferometer oder seine Weiterentwicklung, das phasenverschiebende Punktbeugungsinterferometer, ist wahrscheinlich das genaueste, das man herstellen kann, und es ist nicht einmal teuer. Es hat aber auch seine Grenzen, wie zum Beispiel die Tatsache, dass wir einen Fokus benötigen, um eine Referenzwelle mit einer Lochblende zu erzeugen. Wenn der Fokus bei einer hohen numerischen Apertur liegt, kann die Lochblende sehr klein sein, so dass man die Möglichkeit in Betracht ziehen muss, dass sie sich verflüchtigt, wenn man sie tatsächlich benutzen will. Aber all das lässt sich mit ein wenig sorgfältiger Technik überwinden, insbesondere bei gepulsten Quellen wie Excimer- oder gütegeschalteten Lasern. Für mikrometergroße Pinholes gibt es wahrscheinlich kein Problem, da wir die Belichtung noch anpassen müssen, um das Interferogramm mit einer Kamera aufzuzeichnen, die normalerweise sehr empfindlich ist.
Ein weiterer Nachteil ist, dass es sich nicht um ein flexibles Interferometer handelt. Es handelt sich eher um ein maßgeschneidertes Werkzeug für bestimmte Systeme. Dennoch ist es nicht teuer, eine Lochblende, einen Aktuator und eine weitere (handelsübliche) Lochblende herzustellen, die sogar in einem örtlichen Geschäft für Feinmechanik geändert werden kann. So habe ich es gemacht, als ich zum ersten Mal eines brauchte. Mit einem Aktuator und Nadellöchern im Wert von weniger als 5.000 bis 8.000 Euro und etwas Software haben wir ein Werkzeug, das mindestens lambda/200 oder sogar lambda/300 genau und lambda/500 bis lambda/2000 stabil ist, je nach Größe der Blende und der thermischen Umgebung, in der sich das Interferometer befindet.
Dieses Maß an Genauigkeit kann meines Wissens von keiner kommerziellen Quelle erworben werden. Wahrscheinlich sollten wir auch die Behauptung der Lambda/300-Genauigkeit relativieren. Da das Punktbeugungsinterferometer seine Referenz unter Verwendung der zu messenden Wellenfront erzeugt, ist die Referenz nur dann eine perfekt kugelförmige Welle, wenn das Pinhole mit einer perfekt kugelförmigen Welle beleuchtet wird. In Wirklichkeit handelt es sich eher um ein 3-3,5% genaues Interferometer für Optiken an der Beugungsgrenze oder darunter. Einige Abbildungsfehler werden stärker unterdrückt (z. B. sphärische Abbildungsfehler oder Leistungsfehler), andere weniger (z. B. Koma). Die Zahl 3-3,5% ist also so etwas wie ein Ensemble-Mittelwert, und da der RMS-Wert für die Wellenfront beim Rayleigh-Kriterium in der Größenordnung von 0,07 bis 0,08 (je nach Wellenfront) liegt, kommen wir auf etwa 1/0,075/0,035 = 380. In der Praxis gibt es bei der Ausrichtung und Fokussierung auf die Lochblende und bei einigen anderen Dingen eine gewisse Schwankung des Bedieners.
In practice, one can see the effects of the deformation of lens elements when mounted with ever so slightly different mechanical force. This interferometer feels almost like a mathematical tool. Don’t get me wrong, I do like Shack-Hartmann sensors. When used for the right job, there’s nothing better, but when we try to push them below 10nm RMS, a lot of control over systematic errors is required. With the point diffraction interferometer, there are practically no questions. What you see is what you’ve got.
Die Phasenverschiebung erfolgt mit einem groben Gitter (Ronchi-Typ), und die wichtigste Designentscheidung ist, ob die Wellenfront durch die 0. oder die 1. Beugungsordnung gemessen werden soll. Wir können wählen, ob wir mit oder ohne Streifenprojektionslinse messen, aber wenn wir uns dafür entscheiden, keine zu haben, wird es schwierig, die Pupille zu identifizieren, die das zu messende optische System definiert. Daher ist es vorzuziehen, eine Streifenprojektionsoptik zu haben, aber das zwingt uns natürlich, die Frage nach dem Messfehler zu beantworten, der durch die Optik zwischen der Lochblende und der Kamera hinzugefügt wird.
Wenn wir uns dafür entscheiden, durch die 0. Ordnung mit einer hohen Anzahl von Streifen zu messen (was die Auflösung dieses Instruments bestimmt), müssen wir die Streifenprojektion mit zwei Nadellöchern kalibrieren, was etwas schwierig ist, weil wir nun zwei Brennpunkte gleichzeitig durch zwei Nadellöcher stecken müssen. Dieses Paar von Nadellöchern muss speziell angefertigt werden, wenn wir die höchstmögliche Wellenfrontgenauigkeit erreichen wollen. Andererseits erhalten wir ziemlich genaue unkalibrierte Ergebnisse, vor allem, wenn die Streifenprojektionsoptik komakorrigiert und gut ausgerichtet ist und die Streifenzahl (Auflösung des Interferometers) nicht zu hoch ist, etwa 50-70 Streifen.
Wenn das Ziel die höchstmögliche Auflösung und eine einfache Streifenprojektionsoptik ist, können wir durch die 1. Ordnung messen. Dies hat den Vorteil, dass wir einen nahezu 100-prozentigen Streifenkontrast erreichen können, was zwar schön aussieht, aber nicht wirklich kritisch ist. Wichtiger ist jedoch, dass die Kalibrierung mit Hilfe einer Blende erfolgt, die die 0. und 1. Diese Blende ist sehr einfach herzustellen oder als Standardkomponente zu kaufen. Aber in diesem Fall müssen wir kalibrieren. Das hier gezeigte Interferometer ist von diesem Typ. Die Streifenprojektionslinse ist einfach ein plan-konvexes Singular mit einer Brennweite, die die Größe des Pupillenbildes an die Kamera anpasst. Die einfache Kalibrierung berücksichtigt die lineare Koma (und konische Beugungseffekte, wenn sich das Gitter im konvergierenden Strahl befindet), und solange wir die Lochblende nicht verschieben, müssen wir nicht neu kalibrieren, weshalb sich alles auf einem eigenen Tisch befindet, der über das Feld bewegt werden kann. Bei Bedarf ist die Kalibrierung ein einminütiger Vorgang.
Dies ist ohne Zweifel mein Lieblingsinterferometer. Es gibt einige Dinge, die man richtig machen muss, z. B. muss man sicherstellen, dass die Rillen des Transmissionsgitters gerade sind. In diesem speziellen Fall wurde das Gitter hergestellt bei Chalmers MC2 in einem Monosilizium-Wafer, der mit dem Bosh-Verfahren geätzt wurde (es gibt aber auch andere Methoden), und als kleiner Clou kann man die Geradheit der Rillen mit dem Interferometer überprüfen, ohne das Gitter zu berühren.
Mit diesem speziellen Aufbau wurde ein 60 kg schweres Entmagnifizierungsrelais mit 600 mm Arbeitsabstand bei einer NA von etwa 0,05 gemessen. Es gab keine praktische Möglichkeit, auf die Fourier-Ebene zuzugreifen, weshalb sich das Interferometer vollständig außerhalb dieses optischen Systems befindet.
Um mit einer Anekdote abzuschließen: Das 60 kg schwere Relais landete auf dem optischen Tisch, weil sein Hersteller seine Leistung nicht überprüfen konnte. Es gab Grund zu der Annahme, dass es falsch ausgerichtet war, aber was und wie viel, wusste niemand. Nach einem 15-minütigen Scan über das Feld erschien eine perfekt gerade Linie über das Feld in Z6 mit etwa 150 Milliwellen an den Endpunkten. Klassisch. Ein kleiner Test in Zemax ergab, dass eine Verschiebung des Bildes um 0,8 mm durch Kippen eines Spiegels die lineare Z6-Linie umkehren sollte, was wir auch taten. Bingo! Kein lineares Z6 mehr. Als ob es mathematisch aufgehoben wäre. Das ist der Grund, warum ich dieses Interferometer so liebe. Es ist ein so sauberes Werkzeug, mit dem man arbeiten kann.
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