Tomografische Mikrointerferometrie unter Verwendung von Flüssigkristallen
Final Report Abstract
2.1 Darstellung der wesentlichen Ergebnisse Ziel des Projektes war die Implementierung einer neuen interferometrischen Messmethode für die Rekonstruktion zwei- und dreidimensionaler Brechungsindex-Verteilungen und deren Einsatz zur Prüfung von optischen Mikro-Phasenelementen. Das Hauptinteresse lag dabei auf einer verbesserten räumlichen Auflösung und Messgenauigkeit im Vergleich zu aktuellen Messmethoden, Die Erhöhung der Auflösung der dreidimensionalen Brechungsindex-Verteilung durch die Kombination von tomografischer Mikrointerferometrie und off-axis Mikroskopie (synthetische Apertur) wurde erreicht. Die tomografische Rekonstruktion einer strukturierten Faser (Photonic Crystal Fiber) wurde erfolgreich durchgeführt. Experimentell wurde gezeigt, dass die Rotationsfehler (radiale Schwankung) einen besonders starken Einfluss auf die Genauigkeit der Messung an komplizierten Phasenobjekten haben. Das klassische Mikrobank-basierte Messsystem mit Einsatz von optischen Fasern wurde realisiert. Das neue, auf der synthetischen Apertur und beugungstomografischen dreidimensionalen Rekonstruktion basierende Messverfahren wurde implementiert. Die Messungen von komplizierten Phasenobjekten (z.B. fotonische Fasern) sind erfolgreich durchgeführt worden. Die Messergebnisse bestätigen die Verbesserung der räumlichen Auflösung bis auf 1um. Als Experimentalaufbau wurde ein kompaktes Messsystems mit Hilfe von pixelierten Flüssigkristallmodulatoren und ohne Rotation der Probe realisiert. Erste Messungen wurden damit bereits durchgeführt. Es zeigten sich allerdings auch die Einschränkungen dieser Technik. Bei den verwendeten preisgünstigen Komponenten ergaben sich insbesondere Probleme hinsichtlich der Lichteffizienz und des Kontrasts. Die Ergebnisse des Projekts wurden in drei Publikationen veröffentlicht [1,2,3]. Weiterhin wurde eine Patentanmeldung durchgeführt [4]. 2.2 Ausblick auf künftige Arbeiten Die Ergebnisse der rigorosen Simulationen und Messungen haben gezeigt, dass die Wellenfrontpropagation durch fotonische Fasern (und Kristalle) sehr kompliziert ist. Zukünftige Arbeiten sollten daher weitergehende numerische Analysen durch den Einsatz von RCWA und FEM Methoden durchführen. Weiterhin besteht Forschungsbedarf hinsichtlich der Entwicklung einer neuen tomografischen Rekonstruktionsmethode, die für stark beugende Objekte geeignet ist. Dies kann nach den bisherigen Ergebnissen vermutlich am besten durch eine Kombination aus Diffraktometrie, Wellenfrontpropagationsberechnung und Tomografie realisiert werden. Der Einsatz von aktiven optischen Elementen (Lichtmodulatoren) zur Generierung von Beleuchtungswellenfronten scheint diesbezüglich ebenfalls erfolgsversprechend. Eine ebenfalls bisher ungelöste Fragestellung besteht in der weiteren Miniaturisierung eines entsprechenden Systems. Der Anwendungsbereich umfasst die Qualitätskontrolle optischer Phasenobjekte, insbesondere für fotonische und Spezialfasern, z.B. Komponenten für Faserlaser.
Publications
- Gail Overton "Tomographie Imaging reveals PC-fiber refractive index distribution", Laser Focus World, 27-29, Sept 2007
- W.Gorski, S. Rafler, W. Osten,"High resolution tomographic interferoemtry of optical phase elements", Proc. SPIE 6616, S66160J (2007)
- W.Gorski, W. Osten, "Tomographie imaging of photnic crystal fibers", Opt. Let. Vol. 32, No. 14, 1977-1979, (2007)
