Interferometer | Ultrapräzise Längen- und Winkelmessung

Details: Veröffentlicht: 01.04.2020; Zuletzt aktualisiert: 26.01.2024; Zugriffe: 13270

Zur hochpräzisen Weg-, Winkel- oder sonstigen Abstandsmessung eignen sich Interferometer hervorragend, da sie auf Basis der Überlagerung von Wellen die Anforderungen an extreme Genauigkeiten beispielsweise in der Fertigungsmesstechnik, Forschung oder Raumfahrt bestens erfüllen. In diesem Artikel stellen wir Ihnen einige Produktneuheiten verschiedener Hersteller vor und geben Ihnen ein wenig Grundlagenwissen mit an die Hand.

Inhalt

Interferometer 2024 – Das Wichtigste in Kürze
Häufige Fragen

Interferometer 2024 – Das Wichtigste in Kürze

Moderne Interferometer nutzen fortschrittliche Lasertechnologien mit stabilen, variablen oder Femtosekunden-Lasern. Auch die Algorithmen zur Datenanalyse werden ständig weiterentwickelt. So lassen sich mit der Fourier-Transformation Interferenzmuster in eine Frequenzdomäne konvertieren, welche die Analyse und Interpretation der Daten erleichtert. Maschinelles Lernen und KI werden eingesetzt, um Muster in den Daten zu erkennen und Vorhersagen über Materialverhalten oder -eigenschaften zu treffen.

In der Forschung messen Interferometer molekulare und atomare Abstände, was entscheidende Erkenntnisse für die Materialwissenschaft, Biologie und Chemie liefert. In der Astronomie werden Interferometer verwendet, um Distanzen und Bewegungen von Sternen und Galaxien mit hoher Genauigkeit zu messen. In der Nanotechnologie messen die Präzisionsmessgeräte Deformationen und Dimensionen auf der Nanoskala, was für die Entwicklung von Nanomaterialien und -geräten wichtig ist.

Interferometer können also Abstände, Materialdeformationen und optischen Eigenschaften extrem genau messen und setzen damit neue Standards in der Messtechnik.

Interferometer zur hochpräzisen Wafer-Dickenmessung

19.01.2024 | Ein wichtiger Prozessschritt bei der Produktion von Halbleiterwafern ist das Läppen der Siliziumrohlinge, die dabei auf eine einheitliche Dicke gebracht werden. Zur fortlaufenden Kontrolle der Dicke hat Micro-Epsilon das Weißlicht-Interferometer IMS5420-TH entwickelt. Es eröffnet neue Perspektiven in der industriellen Dickenmessung von monokristallinen Siliziumwafern.

Dank der breitbandigen Superlumineszenzdiode (SLED) kann das IMS5420-TH für undotierte, dotierte und hochdotierte SI-Wafer eingesetzt werden. Der Dickenmessbereich beträgt 0,05 bis 1,05 mm. Dabei beträgt die messbare Dicke von Luftspalten sogar bis zu 4 mm.

Die Interferometer bestehen jeweils aus einem kompakten Sensor und einem Controller, der in einem robusten industrietauglichen Gehäuse untergebracht ist. Im Controller ist eine aktive Temperaturregelung integrierte, die für hohe Stabilität der Messung sorgt.

Es gibt das Interferometer als Dicken- oder als Multipeak-Dickenmessgerät. Das Multipeak-Dickenmesssystem misst eine Dicke von bis zu fünf Schichten wie Waferdicke, Luftspalt, Folierung und Beschichtungen >50 µm. Für die Dickenmessung unter schwierigen Umgebungsbedingungen wurde der Controller IMS5420 mit IP67 und Edelstahlgehäuse ausgestattet – passende Lichtleiter und Sensoren stehen zur Verfügung.

Interferometer zur simultanen Längen- und Winkelmessung

01.04.2020 | Bei den hochpräzisen simultanen Weg- und Winkelmessungen in Industrie und Forschung sind ein schneller Aufbau und eine unkomplizierte Justage besonders wichtig. Die Dreistrahl Laserinterferometer SP 5000 TR (Bild oben) von Sios sind Präzisionslängen Messgeräte, die in einem Gerät drei Interferometer vereinen. In allen drei Messkanälen wird die gleiche hochstabile Laserfrequenz genutzt. Es werden so simultan drei Längenwerte mit Nanometergenauigkeit erfasst. Aus der Differenz von je zwei Längenwerten und dem kalibrierten Strahlabstand ist der entsprechende Winkel hochgenau bestimmbar.

Das modular aufgebaute Dreistrahl Interferometer ist lässt sich so an die unterschiedlichsten Messaufgaben anpassen. Der Wegmessbereich beträgt mehr als 5 m mit der einer Sub-Nanometer Auflösung. Winkelmessungen sind bis ±12,5° mit einem Reflektor möglich. Die Lichtwellenleiterkopplung des Sensorkopfes und die optional integrierte Strahlrichtungsdetektion unterstützen die einfache Handhabung und Justage.

Das neue Design des Interferometers ist kompakt und robust. Dadurch eignet es sich für hochgenaue Messungen in Industrie und Forschung und als OEM-Gerät. Bei großen Messbereichen oder Kalibrieraufgaben empfiehlt der Hersteller den Einsatz mit drahtlosen Temperatursensoren oder der Klimamessstation LCS.

Interferometer mit noch nie dagewesener Genauigkeit

26.03.2020 | Interferometrie ist die erste Wahl einer optischen Messmethode, wenn es darum geht Oberflächen mit hoher Präzission zu vermessen. Nortus Optronic präsentiert nun den neuen Interferometer D7 von Difrotec mit nach eigenen Angaben noch nie dagewesener Genauigkeit. Der Unterschied zwischen gemessener und tatsächlicher Form ist kleiner als Lambda/1000 (< 0,6 nm).

Mit dem Interferometer D7 präsentieren wir ein System, das einen innovativen Meilenstein im Bereich interferometrischer Messtechnik darstellt. Und so bietet es eine Genauigkeit, die Maßstäbe im Bereich der Interferometrie setzt, das kompakte, benutzerfreundliche Interferometer.

Interferometer als sogenanntes PSPDI System (Phase Shifting Common Path Point Diffraction Interferometer): Während die üblichen Fizeau Interferometer eine optische Referenz benötigen, produziert der D7 eine perfekte Referenz selbst - eine gebeugte Wellenfront erzeugt durch eine Sub-Wellenlänge Apertur in einem dünnen Metallfilm. Die Technik ist in Europa und den USA patentiert.

Der D7 wird zum Test von hochpräzisen Optiken mit komplexen Formen und großen asphärischen Abweichungen eingesetzt. Die Software Difrometric wird mit dem System geliefert. Aufgrund der vielfältigen Funktionen bietet die Software eine perfekte Analyse der Messergebnisse.

Häufige Fragen

Was macht ein Interferometer?

Ein Interferometer ist ein präzises Messinstrument, das Interferenzmuster von Wellen, typischerweise Lichtwellen, nutzt, um sehr kleine Abstände, Änderungen in der Länge oder Brechungsindexvariationen zu messen.

Welche Interferometer gibt es?

Es gibt verschiedene Interferometer mit spezifischen Eigenschaften für unterschiedliche Messaufgaben:

Michelson-Interferometer misst die Phasenverschiebung zwischen zwei Lichtstrahlen. Michelson Interferometer werden häufig in der optischen Spektroskopie und der Astronomie verwendet.
Mach-Zehnder-Interferometer ermöglicht die Messung von Veränderungen im Brechungsindex und wird oft in der Telekommunikation und bei Umweltmessungen eingesetzt.
Fabry-Pérot-Interferometer verwendet mehrfache Interferenz zwischen zwei parallelen Spiegeln und wird in der Spektroskopie zur Messung von Wellenlängen genutzt.
Fizeau-Interferometer misst Abstände und Oberflächenrauheit, häufig in der Materialwissenschaft und bei der Prüfung optischer Komponenten im Einsatz.
Sagnac-Interferometer wird zur Messung von Rotation und in der Glasfaseroptik eingesetzt.
Twyman-Green-Interferometer ist eine Variation des Michelson-Interferometers, speziell für die Prüfung optischer Systeme.

Wie funktioniert ein Laser Interferometer?

Ein Laser-Interferometer fungiert als Strahlteiler. Es spaltet einen Laserstrahl in zwei Teile auf, die unterschiedliche Wege zurücklegen und dann wieder zusammengeführt werden. Diese Strahlen überlagern sich und erzeugen ein Interferenz-Muster, das von der Wellennatur des Lichts herrührt. Ändert sich einer der Pfade z. B. durch eine Bewegung oder eine Änderung des Brechungsindex, verschiebt sich das Interferenzmuster. Durch die Analyse dieser Musteränderung können diese Geräte präzise Messungen von den Mess-Größen Abstand, Bewegung oder optischen Eigenschaften vornehmen.

Wie funktioniert Interferometrie?

Interferometrie ist eine Messtechnik, die auf dem Prinzip der Interferenz von Wellen, typischerweise Lichtwellen, basiert. Bei der Interferometrie wird eine Welle in zwei oder mehrere Teile aufgeteilt, die unterschiedliche Wege zurücklegen und dann wieder zusammengeführt werden. Wenn diese Wellen zusammenkommen, überlagern sie sich und bilden ein Interferenzmuster aus hellen und dunklen Streifen oder Ringen. Dieses Muster ändert sich in Abhängigkeit von den Wegunterschieden zwischen den Wellen, die durch Längenänderungen, Bewegungen oder Unterschiede im Brechungsindex verursacht werden. Durch die Analyse dieser Musteränderungen kann man extrem präzise Messungen von Distanzen, Längenänderungen, Oberflächentopographien und optischen Eigenschaften durchführen.

Wo findet Interferenz statt?

Interferenz findet statt, wenn zwei oder mehr Wellen – wie Licht-, Schall- oder Wasserwellen – aufeinandertreffen und sich überlagern. Dies geschieht in einer Vielzahl von Umgebungen und Situationen, zum Beispiel:

In der Optik: Bei der Überlagerung von Lichtwellen in Interferometern, in dünnen Schichten (wie Ölfilmen auf Wasser), in Seifenblasen und bei der Beugung von Licht an Gittern oder Spalten.
In der Akustik: Bei der Überlagerung von Schallwellen, was in Räumen mit Echo oder in der Nähe von Lautsprechern beobachtet werden kann.
In der Natur: Bei der Überlagerung von Wasserwellen in Gewässern, wie Seen oder Ozeanen.

Interferenz tritt auf, wenn die Wellenberge und -täler der sich überlagernden Wellen so zusammentreffen, dass sie sich gegenseitig verstärken (konstruktive Interferenz) oder abschwächen (destruktive Interferenz). Die daraus resultierenden Interferenzmuster liefern wichtige Informationen über die Eigenschaften der Wellen und die Medien, durch die sie sich bewegen.

Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Micro-Epsilon, Nortus-Optronic, Sios.