Quadraturinterferometer mit automatischer Fokussierung

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Gollwitzer, Andreas ; Fischerauer, Gerhard:
Quadraturinterferometer mit automatischer Fokussierung.
In: Technisches Messen. Vol. 77 (2010) Issue 9 . - pp. 487-492.
ISSN 2196-7113
DOI: https://doi.org/10.1524/teme.2010.0031

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Oberflächenschwingungen kleiner Amplitude werden häufig interferometrisch gemessen. Um zusätzlich eine hohe örtliche Auflösung zu erreichen, muss der Laserstrahl mit einer stark vergrößernden Linse auf die Oberfläche fokussiert werden. Wegen der kleinen Schärfentiefe einer solchen Linse muss der Abstand zur Oberfläche genau eingehalten werden. Zur Unterdrückung von Störeinflüssen wie der ortsabhängigen Reflektivität der vermessenen Oberfläche und zur Extraktion der absoluten Schwingungsamplitude benutzen wir einen homodynen Aufbau mit zusätzlicher Pfadlängenmodulation. Die Messempfindlichkeit wurde dabei durch die Quadraturinterferometrie, das heißt die zeitsynchrone Erfassung der Intensitäten durch zwei Fotodioden, verbessert. Wir zeigen außerdem einen Signalverarbeitungsalgorithmus, der zur Regelung des Abstands zwischen Linse und Messoberfläche benutzt werden kann. Dies gewährleistet, dass der Laserstrahl optimal auf die Oberfläche fokussiert wird und führt zu einem insgesamt hohen Signal-zu-Rauschverhältnis.

Abstract in another language

Surface vibrations with small amplitudes are often measured by interferometric techniques. For a good local resolution, the laser beam has to be focused on the surface through a high- magnification lens. Owing to the small depth of focus of this lens, its distance to the surface has to be controlled both accurately and precisely. In order to eliminate effects of influencing quantities such as the position-dependent surface reflectivity of the device under test and to extract the absolute vibration amplitude, we use a homodyne setup with additional path length modulation. Its sensitivity is increased by quadrature interferometry, i. e., the synchronous measurement of the intensities detected by two photodiodes. We also present a signal processing technique for the control of the distance between lens and surface; this makes sure that the laser beam is optimally focused onto the surface and leads to a high overall signal-to-noise ratio.