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Interferometer Es ist eine Interferenzeinrichtung zur Messung von
Längen, Geradführungen, Lichtbrechungen u. dgl. bekannt, bei der zur Erzeugung und
Wiedervereinigung zweier kohärenter Strahlenbündel ein Doppelprisma dient, das aus
zwei nach Größe und Winkeln völlig gleichen Einzelprismen besteht, die längs je
einer ihrer einander entsprechenden Flächen zwangsfrei zusammengefügt, z. B. verkittet
sind, wobei die eine der beiden in Kontakt stehenden Flächen halb durchlässig verspiegelt
ist. Die weiteren Prismenflächen, an denen die kohärenten Strahlen nach Spiegelung
bzw. Durchtritt durch die halbdurchlässige Spiegelfläche reflektiert werden, treffen
auf eine relativ zur Teilungsfläche neigbare reflektierende Fläche auf, wobei das
Doppelprisma mit seinen spiegelnden Flächen so gegenüber der neigbaren Fläche angeordnet
wird, daß die geteilten Strahlenbündel gegenläufig im Interferometer umlaufen. Ein
derart ausgebildetes Interferometer eignet sich ganz besonders für die genaue Einstellung
eines Winkels, nämlich beispielsweise des Winkels, den die relativ neigbare Fläche
mit der Teilungs- und Wiedervereinigungsfläche einschließt. Bei jeder Neigung einer
dieser beiden Flächen relativ zur andern ändert sich nämlich die Anzahl der Interferenzstreifen
im Gesichtsfeld, so daß das Maß für die Neigung durch die Interferenzstreifenzahl
ausdrückbar ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung dieser
Anordnung und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein die Strahlen ablenkender Doppelkeil
im Strahlengange unmittelbar vor der neigbaren reflektierenden Fläche angeordnet
oder diese Fläche selbst in zwei gegeneinander geneigte Flächen unterteilt ist,
so daß bei symmetrischer Lage der Fläche bzw. Flächenhälften gegenüber der halbdurchlässigen
Fläche des Doppelprismas die beiden im Interferenzbild nebeneinander entstehenden
Streifensysteme gleichen Streifenabstand zeigen, bei geneigter Lage dagegen das
eine Streifensystem unterschiedlichen Streifenabstand gegenüber dem anderen Streifensystem
aufweist, wobei dann der Gangunterschied ein Maß für die relative Neigung der reflektierenden
Fläche bzw. Flächenhälften ist.
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Es wird also z. B. die Anzahl der Interferenzstreifen in der einen
Gesichtsfeldhälfte vermehrt, in der andern dagegen vermindert. So kann man einmal
die Nullstellung stets einwandfrei im Interferenzstreifenbild erkennen, zum andern
kann man aber auch aus der Differenz der Streifenzahlen in beiden Bildern die Größe
der Neigungsabweichung aus der Nullstellung erkennen und schließlich auch das Vorzeichen
dieser Abweichung, je nachdem nämlich im einen Bild die
Interferenzstreifenzahl größer
ist als im andern oder umgekehrt.
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Es ist eine Anordnung bekannt, bei der zur Schichtdickenmessung ein
von der zu messenden Schicht erzeugtes Interferenzstreifensystem sich über das gesamte
Interferenzbild erstreckt. Diesem System ist ein zweites Streifensystem, erzeugt
von einer Kompensatorplatte, so überlagert, daß das 2. System nur die Hälfte des
gesamten Bildes erfüllt. Durch Verdrehung der Kompensatorplatte lassen sich beide
Streifensysteme zur Deckung bringen.
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Demgegenüber liegt der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung darin,
daß sich bei einer Winkeländerung der Abstand der Streifen in beiden Hälften gegenläufig
ändert, während in der Nullstellung die Streifensysteme hinsichtlich Lage und Abstand
in beiden Teilen übereinstimmen. Dabei ist der absolute Abstand der Streifen nicht
wesentlich; der Streifenabstand ist lediglich ein Maß für die Größe des Neigungswinkels
der beiden Flächen gegenüber der halbdurchlässigen Fläche.
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Der Doppelkeil ist deshalb in der Nähe der relativ neigbaren reflektierenden
Fläche angeordnet, weil beim erfindungsgemäßen Interferometer die Interferenzerscheinung
in der Ebene der relativ neigbaren reflektierenden Fläche liegt. Sie kann daher
mit der Trennkante des Doppelkeils, welche der Trennlinie der Interferenzstreifenbilder
entspricht, nur dann gleich scharf gesehen werden, wenn die Trennkante nahe genug
an der relativ neigbaren Fläche anordbar ist.
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Ist eine derartige Anordnung nicht möglich, so unterteilt man in
einer anderen Ausbildungsform der
Erfindung die relativ neigbare
reflektierende Fläche in zwei Teile mit verschiedener Neigung zum einfallenden Licht.
Eine derart unterteilte reflektierende Fläche leistet dasselbe wie der Doppelkeil,
mit dem Vorteil, daß hier die Trennkante zusammen mit dem Interferenzstreifenbild
stets scharf einstellbar ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 das Interferometer des Hauptpatents mit einem
erfindungsgemäß eingeschalteten Doppelkeil, Fig. 2 das Interferometer des Hauptpatents
mit einer unterteilten reflektierenden Fläche, Fig. 3 und 4 das Gesichtsfeld der
Interferometer nach den Fig. 1 und 2 bei verschiedenen Neigungen der reflektierenden
Fläche.
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In Fig. 1 sind zwei Prismen 1 und 2 von Parallelepipedform verkittet,
und in der Kitttläche ist eine halbdurchlässige Spiegelschicht 3 angeordnet. Unterhalb
der Prismen ist eine reflektierende Fläche 4 vorgesehen. Ein Lichtstrahl 5, welcher
auf die halbdurchlässige Spiegelschicht 3 trifft, wird in die Anteile 6' und 6"
zerlegt. Die Teilstrahlen 6' und 6" werden an Außenflächen 7 und 8 der Prismen 1
und 2 sowie an der Spiegelfläche 4 reflektiert, so daß sie in entgegengesetztem
Sinn im Interferometer umlaufen. In der halbdurchlässigen Spiegelschicht interferieren
die Teilstrahlen und verlassen als vereinigte Lichtstrahlen 9 das Interferometer.
Liegt die Spiegelfläche 4 genau senkrecht zur halbdurchlässigen Spiegelfläche 3,
so weisen die Teilstrahlen 6' und 6" bei ihrer Wiedervereinigung in der halbdurchlässigen
Spiegelfläche 3 keinerlei Gangunterschiede auf. Es entstehen deshalb Interferenzstreifen
von unendlicher Breite. Bringt man nun in dieser Anordnung zwischen die Prismen
1 und 2 und die Spiegelfläche 4 einen aus zwei gleichen, jedoch um 180 gegeneinander
gedrehten Keilen 10 und 11 zusammengesetzten Doppelkeil, dann werden Keilinterferenzen,
wie in Fig. 3 dargestellt, erzeugt.
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Die Trennlinie 12 in Fig. 3 entspricht dabei der Berührungskante
der Keile 10 und 11. Das über der Trennlinie 12 liegende Interferenzstreifenbild
11' sei dabei vom Keil 11 erzeugt und das unter der Trennlinie 12 liegende Bild
10' vom Keil 10.
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Wird jetzt die Spiegelfläche 4 etwas geneigt, z. B. in die gestrichelt
gezeichnete Lage 4', dann treffen die Teilstrahlen 6' und 6" auf die Spiegelfläche
4' unter verschiedenen Winkeln, d. h., es wird eine zusätzliche Keilwirkung erzeugt,
welche bewirkt, daß die Interferenzstreifen im Bild 11' auseinander- und im Bild
10' zusammenrücken (Fig. 4). Umgekehrt kann der Spiegel 4 aus einer geneigten Lage
leicht und äußerst genau in eine Lage genau senkrecht zur halbdurchlässigen Spiegelschicht
3 gebracht werden, wenn er nur so weit gedreht wird, daß die Interferenzstreifenbilder
10' und 11" zur Koinzidenz kommen.
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Die beschriebene Anordnung erfordert einen so großen Abstand der
reflektierenden Fläche 4 von den Prismen 1 und 2, daß der Doppelkeil 10 und 11 zwischen
diesen Teilen anordbar ist.
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Fig.2 zeigt eine Ausführungsform, in der dieser Abstand verhältnismäßig
klein gehalten werden kann.
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An Stelle des Doppelkeiles 10 und 11 der Fig. 1 ist
hier der Spiegel
4 in zwei Teile 14 und 15 mit verschiedener Neigung unterteilt. Die Neigungswinkel
sind so gewählt, daß sie in der Nullstellung des Spiegels 4 bezogen auf die Ebene
der halbdurchlässigen Spiegeischicht 3 gleich groß, jedoch von entgegengesetztem
Vorzeichen, sind. Es entstehen dadurch in der Nullstellung des Spiegels 4 wieder
Keilinterferenzen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Wird der Spiegel 4 in der
Zeichenebene entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn etwas gekippt, dann wird der Neigungswinkel
der Spiegelfläche 15 kleiner und der der Spiegelfläche 14 größer. Es entsteht deshalb
ein Interferenzstreifenbild wie in Fig. 4, d. h., im Bildfeld 10' liegen die Interferenzstreifen
enger zusammen als im Bildfeld 11', wobei den an der Fläche 15 entstehenden Interferenzen
das Bild 11' und den an der Fläche 14 entstehenden das Bild 10' zugeordnet ist.
Im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 1 kann hier die Trennkante zwischen den Spiegelflächen
14 und 15 zusammen mit den Interferenzen stets scharf in das Gesichtsfeld abgebildet
werden, weil die Interferenzerscheinungen in der Spiegelebene des Spiegels 4 entstehen.