Brunn, Andreas: Digitale holografische Mikroskopie an rauen Oberflächen

Abstract in German:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den prinzipiellen Limitierungen und der Optimierung der digitalen holografischen Konturmessung speziell an rauen Oberflächen. Alle nötigen Grundlagen werden zunächst erläutert und alle gebrauchten Konventionen in einem einheitlichen Zusammenhang dargestellt. Anders als in den meisten Einführungen in die Holografie ist der häufig in wechselndem Zusammenhang gebrauchte Begriff der Intensität ausführlich erklärt und in der Darstellung der Interferenz sind die Schwingungsrichtungen der elektrischen Feldstärke linear polarisierten Lichtes miteinbezogen. Die Verknüpfung zwischen digitaler Holografie und Interferometrie im Allgemeinen wird ausführlich behandelt, weswegen sich diese Arbeit auch besonders als Einführung in das Themengebiet eignet. An die Grundlagen anschließend wird der Schwerpunkt auf den Spezialfall der Konturmessung rauer Oberflächen gelegt. Verschiedene Optimierungen in der Konzeption des Aufbaus eines digitalen holografischen Systems mit einer Wellenlänge werden abgeleitet, prinzipielle Limitierungen dargestellt und zusammengefasst. Die Verschmierung der rekonstruierten Wellenfront durch die optische Abbildung wird anhand der Faltung mit der Impulsantwort eines linearen Systems prinzipiell dargestellt. Der Einfluss der Verschmierung manifestiert sich bei rauen Objektoberflächen aus physikalischen Gründen deutlicher als bei glatten Oberflächen. Der gesamte Messprozess der digitalen holografischen Mikroskopie wird beginnend mit der Objektbeleuchtung bis zum Erhalt des Messergebnisses analytisch dargestellt, prinzipielle Fehlereinflüsse werden identifiziert und deren Kompensationen vorgeschlagen. Es wird gezeigt, dass differentielle Phasenmessungen wenigstens teilweise implizit Fehlerkompensation aufweisen. Das Konzept der amplitudengewichteten Phasenfilterung, die exponentielle Mittelwertbildung, wird um eine entsprechende Fehlerkompensationsmethode erweitert. Außerdem wird die nichtlineare Amplitudengewichtung in der exponentiellen Mittelwertbildung vorgestellt. Experimentelle Ergebnisse werden präsentiert. Die Anwendung weiterer Methoden, teilweise aus der Speckleinterferometrie, auf die Messung der rekonstruierten Wellenfront wird vorgeschlagen. Die holografische Rekonstruktion der Schwebung zweier Bildwellen verschiedener Wellenlängen zur Erweiterung des Messbereichs der Konturmessung wird kurz dargestellt.