Präzisionsinterferometrie auf Basis hochstabiler Laserquellen bei 633 nm

• Antragstellerin: Dr. Ulrike Blumröder
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542290024

Die starke Zunahme nanotechnologischer Ansätze in Industrie und Forschung stellt Fertigungs- und Charakterisierungsverfahren vor enorme Herausforderungen. Neuartige strukturelle Designkonzepte und die Entwicklung komplex geformter Hochpräzisionsoptiken erfordern dreidimensionale, rückführbare Strukturbestimmungen, die Genauigkeiten im Nanometerbereich gewährleisten müssen. Hochpräzise, rückführbare Positioniersysteme, die diese Strukturen verstärkt bis in den (Sub)-Nanometerbereich auf makroskopischen Messbereichen abbilden müssen, sind für diese Anwendungen unerlässlich. Da die Interferometrie eine der primären und genauesten Methoden zur praktischen Realisierung der Meterdefinition darstellt, bilden in diesen Systemen oftmals inkrementale, interferometrische Messsysteme die Grundlage der Positionsbestimmung. Der Reduktion der Unsicherheitsbeiträge interferometrischer Messsysteme kommt daher eine große Bedeutung zu. Einen entscheidenden Unsicherheitsbeitrag bildet die Absolutgenauigkeit und Frequenzstabilität der den Messsystemen zugrundeliegenden Laserquellen. Die dynamische Längenmessung im Bereich der Nanometrologie stellt dabei, bedingt durch die hohen Bandbreiten und die Komplexität der mehrkanaligen Messsysteme, nicht nur besondere Anforderungen an die Frequenzstabilität der Vakuumwellenlänge sondern auch an die verfügbare Ausgangsleistung und Leistungsstabilität der entsprechenden Lasersysteme. Durch eine Stabilisierung leistungsstarker Lasersysteme auf eine Frequenzkammlinie ist es möglich optische Frequenzen an hochgenaue Frequenzstandards zur praktischen Realisierung der SI-Einheit Sekunde mit relativen Unsicherheiten ≤ 10-12 anzubinden um dauerhaft, rückführbare, hochstabile optische Frequenzen für die Präzisionsinterferometrie zu schaffen. Um dabei jedoch von der hohen Genauigkeit der Zeitbasis profitieren zu können, sind sehr lange Integrationszeiten erforderlich. Dies stellt eine große Diskrepanz zu den Anforderungen der hochdynamischen, interferometrischen Messsysteme der Nanopositioniertechnik dar. Das Forschungsvorhabens verfolgt daher das Ziel durch die Kombination extrem kurzzeitstabiler Laserquellen mit einem GPS-referenzierten Frequenzkamm die geringe Unsicherheit mit der eine Anbindung an die SI-Sekunde mittels der Frequenzkammtechnologie für lange Integrationszeiten erfolgen kann in den für die interferometrische Längenmessung entscheidenden Millisekundenbereich zu transferieren und damit die Rückführbarkeit der Vakuumwellenlänge unabhängig von der betrachteten Integrationszeit auf einem Niveau von mindestens 10-12 gewährleisten zu können. Dabei soll besonders den praktischen Anforderungen mehrkanaliger, fasergekoppelter interferometrischer Messsysteme Rechnung getragen werden. Der entwickelte Ansatz soll schließlich exemplarisch in ein sechsachsiges, fasergekoppeltes Interferometersystem einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine mit einem makroskopischen Messbereich von 200 mm x 200 mm x 25 mm integriert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen