Die Arbeiten von

Johannes Schwider am Zentralinstitut für Optik und

Spektroskopie

Die Arbeiten von Johannes Schwider...

1. Zentralinstitut für Optik und Spektroskopie 2. Interferometrische Absolutprüfung

optischer Flächen 3. Holographisch-interferometrische

Prüfverfahren für asphärische Flächen 4. Echtzeitinterferometrie 5. Ausblick, Dank

1. Zentralinstitut für Optik und Spektroskopie 1948 Optisches Laboratorium (Ernst Lau) 1952 Institut für Optik und Feinmechanik 1957 Institut für Optik und Spektroskopie

• Bereich Optik

Abteilung Wellenoptik (Günter Schulz)

1970-1991 Zentralinstitut für Optik und Spektroskopie Johannes Schwider trat am 1.1.1962 als frisch gebackener Diplomphysiker (Diplomarbeit: "Unter-suchungen am Stufengitterspektrografen") ins Institut für Optik und Spektroskopie in die Abteilung Wellenoptik ein.

2. Interferometrische Absolutprüfung (1) Beginn: Anfang der 60er Jahre Was ist interferometrische Absolutprüfung? • Befreiung von der realen, unbekannten Referenzfläche des Interferometers -

Bezug (mit bekannter Messunsicherheit) auf die ideale ("geometrische" gem. DIN 4760) Fläche.

Motivation • Unterschreiten der natürlichen Linienbreite • Verbesserte Flächenherstellung • Fabry-Perot-Platten • Laserspiegel Stand der Forschung • Schönrock (1939): Dreiplatten-Verfahren mit Auswertung auf einem Schnitt • Interferogramme fotografiert und "von Hand" ausgewertet - Zeitbedarf ca.

1h/Aufnahme - Auswerteunsicherheit ca. λ/20

2. Interferometrische Absolutprüfung (2) J.S.: Genauigkeitssteigerung der Interferogrammauswertung Vielstrahlinterferenzen im Durchlicht: Verschärfung der Interferenzstreifen und Unterteilung des Ordnungsabstandes. J. Schwider, "Informationssteigerung in der Vielstrahlinterferometrie, " Opt. Acta 15, 351(1968). G. Schulz and J. Schwider, "PreciseMeasurement of Planeness," Appl.Opt. 6, 1077 (1967). Auswerteunsicherheit λ/1000

2. Interferometrische Absolutprüfung (3) J.S.: Flächenhafte Bestimmung ist unmöglich. Grundlegender Beweis: Die flächenhafte Bestimmung der absoluten Abweichungen von Planflächen aus reinen Relativmessungen zwischen mehreren Planflächen ist unmöglich. J. Schwider, "Ein Interferenzverfahren zur Absolutprüfung von Planflächennormalen II," Optica Acta 14, 389(1967).

Konsequenz: Abweichungen längs vieler gerader Schnitte gegen eine Bezugsebene bestimmen

2. Interferometrische Absolutprüfung (4) J.S.: Absolute Abweichungen auf vielen Schnitten Erstmals werden die absoluten Abweichungen dreier Planflächen von der mathematischen Ebene auf mehr als einem Schnitt bestimmt aus den 3 Messungen des Dreiplattenverfahrens plus zusätzlichen Messungen für zentrale und außerzentrale Schnitte. J. Schwider, G. Schulz, R. Riekher und G. Minkwitz, "Ein Interferenzverfahren zur Absolutprüfung von Planflächennormale I," Optica Acta 13, 103(1966). Hier: 15 Schnitte, σ = λ/300.

2. Interferometrische Absolutprüfung (5) Wirkungen

• Dreiplatten-Drehverfahren nach Schulz (1967)

• Modifizierung der Planflächenprüfung bei Carl Zeiss Jena

• G. Schulz and J. Schwider, "Interferometric Testing of Smooth Surfaces," Progress in Optics (E.Wolf, ed.) XIII, 93(1976).

• Anstoß für weitere absolute interferometrische Verfahren der Flächenprüfung durch J.S. und weltweit.

22 Verfahren für Planflächen 5 sphärische Flächen 4 Zylinderflächen 1 torische Flächen 2 Rotationasphären

3. Holographisch-interferometrische Prüfverfahren (1) Beginn: Ende der 60er Jahre Motivation

• Herstellung asphärischer Flächen für die Optik weitet sich aus. "Spektakuläres" Beispiel: Kernfusion

• Problem: Masterflächen Lösung

• Synthetische Hologramme als Strahlformer Stand der Forschung

• B.R. Brown and A.W. Lohmann (1966); A.W. Lohmann and D. Paris (1967): Computererzeugte Hologramme (CGH) für die Holographie.

• J. Pastor (1967): Vorschlag CGH als Strahlformer für die Asphärenprüfung. • J. Schwider (1970, 1971, 1972): Vorschläge (Patente) für Asphären-Prüfanordungen mit CGH.

3. Holographisch-interferometrische Prüfverfahren (2) J.S.: Rotationssymmetrische Synthetische Hologramme (RSH) J. Schwider (1970, 1971, 1972): Patente für Asphären-Prüfanordnungen mit RSH J. Schwider and R. Burow, "Testing of Aspherics by Means of Rotational-Symmetric Synthetic Holo-grams," Optica Applicata (Wroclaw), VI, 83(1976). Beispiel

3. Holographisch-interferometrische Prüfverfahren (3) J.S.: Berechnung und Herstellung von RSH Berechnung J. Schwider, R. Burow, J. Grzanna, "CGH-testing of rotational-symmetric aspheric in compensated interferometers," Optica Applicata (Wroclaw) IX, 39(1979). J. Grzanna, Dissertation (1980). Herstellung

3. Holographisch-interferometrische Prüfverfahren (4) J.S.: Asphärenprüfung Genauigkeit: relativer Fehler der Wellenaberration max1 νµ ×m Flächenfehler 15

λ∆ =z (Durchlicht) 60λ= (Auflicht)

Beispiel

3. Holographisch-interferometrische Prüfverfahren (5) Wirkungen

• CGH (insbesondere RSH) heute Mittel der Wahl für die Asphärenprüfung

• Beispiel: Interferometer µPhase 2 HR der Firma FISBA OPTIK zur Messung asphärischer Flä-chen

• CGH-Einsatz heute auch bei der Prüfung nicht-rotationssymmetrischer Asphären wie z.B. Zy-

linderflächen und torischen Flächen

4. Echtzeitinterferometrie (1) Beginn: Ende der 70er Jahre Was ist Echtzeitinterferometrie? Sekunden statt Stunden! Stand der Forschung Gaslaser 1961 CCD 1970 Mikroprozessor 1971 Bruning at al. 1974 Zygo 1980 Wyko 1982 Motivation Optikproduktion muss zunehmend genauer (Interferometer) und schneller ("Echtzeit", "Real time") sein.

4. Echtzeitinterferometrie (2) J.S.: Basisentwicklungen

• Phasenschiebung mit Kondensator-Abstandsmessung • Auswertealgorithmen • Datenausgabe (Höhenlinien, perspekt. Plot, RMS, PV, Fourier-Analyse, Histogramm...) • Laboraufbau J. Schwider, R. Burow, K.-E. Elßner, K. Föllmer, J. Grzanna, R. Spolaczyk, S. Wallburg, "Echtzei-tinterferometer für die Optikprüfung," Optica Applicata (Wroclaw) XV, 396(1985).

4. Echtzeitinterferometrie (3) J.S.: Fehleranalyse

• J. Schwider, R. Burow, K.-E. Elßner, J. Grzanna, R. Spolaczyk, K. Merkel, "Digital wave-front measuring interferometry: some systematic error sources," Appl.Opt. 22, 3421(1983).

• "5-Phasen-Algorithmus": Schnell und zugleich unempfindlich gegen Phasenstell-Fehler. Der heute meist benutzte Auswerte-Algorithmus.

• Untersuchung systematischer Fehler durch geräteinterne Optik

• Reproduzierbarkeit 1000λσ =z

4. Echtzeitinterferometrie (4) J.S.: Homogenitätsprüfung J. Schwider, R. Burow, K.-E. Elßner, R. Spolaczyk, J. Grzanna, "Homogeneity testing by phase sampling interferometry," Appl.Opt. 24, 3059(1985).

4. Echtzeitinterferometrie (5) J.S.: Waferprüfung J. Schwider, R. Burow, K.-E. Elssner, J. Grzanna, R. Spolaczyk, "Semiconductor wafer and technical flat planeness testing interferometer," Appl.Opt. 25, 1117(1986).

4. Echtzeitinterferometrie (6) J.S.: Absolute Sphärizitätsprüfung J.Schwider in: G. Schulz and J. Schwider, "Interferometric Testing of Smooth Surfaces," Progr.Opt. (E. Wolf, ed.) XIII, 136(1976). J. Schwider, K.-E. Elssner, J. Grzanna, R. Spolaczyk, "Results and error sources in absolute sphericity measurement," Proc. IMEKO TC 14, Budapest 1986, Nova Science Publ., Commack,NY, p. 93 (1987). Hier: Reproducibility RMS = λ/500.

TWYMAN-GREEN Interferometer

4. Echtzeitinterferometrie (7) Wirkungen

• J. Schwider, "Advanced Evaluation Techniques in Interferometry," Progr.Opt. (E.Wolf, ed.) XXVIII, 271(1990).

• Carl Zeiss Jena - Digitalinterferometer (1984).

• FISBA OPTIK AG - µPhase-Interferometer (1992).

5. Ausblick und Dank

• Johannes Schwider wirkte bis 1987 im ZOS.

• Für die so erfolgreiche und gute Zeit gemeinsamen Arbeitens unter seiner Leitung danken

Klaus Adamsberger Regina Burow Karl-Edmund Elßner Klaus Föllmer Jürgen Grzanna Reiner Spolaczyk Andreas Vogel Sabine Wallburg