Interferometrie in der Längenmesstechnik am VTT MIKES

Virpi Korpelainen, Ville Byman und Antti Lassila

Nationales Metrologieinstitut VTT MIKES, Espoo, Finnland

Die Rückführbarkeit auf das SI-System ist bei allen quantitativen Messungen von entscheidender Bedeutung. Bei Dimensionsmessungen bedeutet dies die Rückführbarkeit auf das Meter. Die aktuelle Definition des Meters lautet

„Das Meter, Symbol m, ist die SI-Längeneinheit. Es wird definiert durch die feste numerische

Der Wert der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c beträgt 299 792 458, ausgedrückt in der Einheit ms–1,

wobei die Sekunde anhand der Cäsiumfrequenz ΔνCs definiert ist.“

Für die praktische Realisierung des Metrums gibt es zwei wesentliche Methoden [1].

a) durch direkte Messung der Lichtlaufzeit, d.h. durch Messung der Lichtlaufzeit

b) durch indirekte Messung der Lichtlaufzeit, d.h. optische Interferometrie

Die Realisierung des Messgeräts durch optische Interferometrie erfordert eine genaue Bestimmung der Laserfrequenz, aber auch die Kenntnis anderer Fehlerquellen. Der Brechungsindex von Luft spielt bei Messungen unter Umgebungsbedingungen eine wichtige Rolle. Interferometer sind bei der Messung vollständiger Interferenzstreifen sehr genau, bei der Messung von Teilstreifen jedoch nichtlinear. Es gibt auch Bewegungs- und geometrische Fehler in den Messungen, die minimiert oder korrigiert werden müssen. Die Gestaltung des Messaufbaus nach dem Abbe-Prinzip reduziert Bewegungsfehler in der Messung.

VTT MIKES ist das nationale Metrologieinstitut Finnlands. Wir haben hochpräzise Interferometer für verschiedene Anwendungen vom Nanometermaßstab [2] bis zu 30 m [3] entwickelt. Endmaße, Strichmaßstäbe und Stufenmaße sind wichtige Transfernormale in der Industrie. Sie können mit Interferometern kalibriert werden [4-7]. Wir verfügen außerdem über ein metrologisches Rasterkraftmikroskop (MAFM) [2] und haben Interferometer für ein kommerzielles Jupiter XR AFM implementiert. Die Instrumente werden in der Präsentation vorgestellt.

[1] https://www.bipm.org/documents/20126/41489670/SI-App2-metre.pdf

[2] V. Korpelainen, J. Seppä, A. Lassila, Design und Charakterisierung des metrologischen MIKES-Rasterkraftmikroskops, Precision Engineering 34 (2010) 735-744

[3] J. Unkuri, A. Rantanen, J. Manninen, V.-P. Esala und A. Lassila, Interferometrische 30-m-Bank zur Kalibrierung von 1D-Skalen und optischen Entfernungsmessgeräten, Meas. Sci. Technol. 23 (2012) 094017

[4] E. Ikonen und K. Riski, Gauge-block interferometer based on one stabilized laser and a white-light source, Metrologia 30 (1993) 95-104

[5] V. Byman, A. Lassila, MIKES' primäres Phasenschritt-Messblockinterferometer, Meas. Sci. Technol. 08 (2015) 26(8)

[6] A. Lassila, MIKES fasergekoppeltes differentielles dynamisches Linienskaleninterferometer, Meas. Sci. Technol. 23 (2012) 094011

[7] V. Byman, T. Jaakkola, I. Palosuo und A. Lassila, Hochpräzises Stufenmessgerät-Interferometer. Measurement Science and Technology 29.5 (2018): 054003.