Verfahren zur vollständigen Bestimmung kohärenter Wellenfelder nach dem Prinzip der Selbstreferenz: Teil II (WeSer II)

• Applicant: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann, since 7/2013
• Subject Area: Measurement Systems
• Term: from 2008 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 60045034

Die Wellenfrontrekonstruktion aus Interferenzmustern, die auf dem Prinzip der Selbstreferenz basieren, bietet einen besonders eleganten Zugang zu der Phasenlage eines Licht Wellenfeldes. Hierzu wird dieses vor dem Sensor geteilt und mit einer lateral versetzten Kopie seiner selbst überlagert. Der große Vorteil gegenüber den auf einer externen Referenzwelle basierenden Verfahren besteht darin, dass die Lichtwege der interferierenden Wellenfelder annähernd identisch sind. Dies macht diese Methode nicht nur robust gegen störende Einflüsse, wie Vibrationen oder Luftbewegungen innerhalb des Interferometers, sondern ermöglicht den flexiblen Einsatz günstiger Lichtquellen mit eingeschränkter Kohärenzlänge und erlaubt darüber hinaus die Auswertung von Wellenfeldern, bei denen der Einsatz einer Referenzwelle prinzipiell unmöglich ist, wie beispielsweise in der Stellar-Interferometrie. Trotz dieser viel versprechenden Eigenschaften gelingt die Wellenfrontrekonstruktion derzeit nur unter starken Einschränkungen. Denn um Aussagen über die Phasenlage zu treffen, muss im Anschluss an die Messung der Einfluss der verschobenen Überlagerung auf das Messsignal durch Methoden der Bild Verarbeitung kompensiert werden. Der Stand der Technik orientiert sich an den üblicherweise zu verstetigenden Phasendifferenz verlaufen aus der Scherografie. Dort ist die wesentliche Information jedoch in der Phasendifferenz zwischen zwei, zu unterschiedlichen Zuständen eines zu untersuchenden Objektes gehörenden Interferogrammen, kodiert. Übertragen auf den vorliegenden Fall der Rekonstruktion einer Wellenfront aus einem Interferenzmuster, schließt dies alle von rauen Oberflächen gestreuten, nicht zu verstetigenden Feldverteilungen, sog. Specklefelder aus. Doch selbst mit dieser Einschränkung ist eine mathematisch eindeutige Rekonstruktion der Phasenlage derzeit nur unter Aufzeichnung mehrerer Interferenzmuster mit variierender, lateraler Verschiebung möglich. Um die Technik darüber hinaus auf allgemeine Fragestellungen in der Interferometrie zu übertragen, ist neben der Phasenlage zusätzlich eine Bestimmung der Feldamplitude aus demselben Datensatz notwendig. Dies leisten die derzeit verfügbaren Methoden ebenfalls nicht. Im beantragten Vorhaben soll daher der Stand der Technik in der Auswertung sich selbst überlagernder Wellenfelder derart erweitert werden, dass eine vollständige Bestimmung aller Feldkomponenten eines beliebigen Lichtwellenfeldes möglich ist. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob sich aus physikalischen Randbedingungen Spezialfälle ableiten lassen, in denen dies unter Verwendung von nur einer Verschiebungsrichtung gelingen kann. Dies würde es erlauben, die Wellenfrontrekonstruktion nach dem Prinzip der Selbstreferenz auf ein breites Spektrum von Anwendungen in der Interferometrie zu übertragen und wäre die Grundlage für neuartige, kompakte und kostengünstige Sensoren, die aufgrund der o.a. vorteilhaften Eigenschaften insbesondere unter industrienahen Bedingungen eingesetzt werden könnten.

• DFG Programme: Research Grants
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Christoph von Kopylow, until 7/2013