Interferometersystemen

Interferometersysteme sind optische Messgeräte, die Interferenz von Licht nutzen, um sehr kleine Änderungen der optischen Weglänge, der Phase oder des Brechungsindex zu messen. Ein kohärenter Lichtstrahl wird in einen Referenz- und einen Messarm geteilt und nach der Durchlaufstrecke wieder zusammengeführt. Unterschiede in der Weglänge oder im Brechungsindex erzeugen Phasenverschiebungen, die als Änderungen der Interferenzfransen sichtbar werden und so eine präzise Längen- oder Indexmessung ermöglichen.

Hauptkomponenten sind eine kohärente Lichtquelle (in der Regel Laser), Strahlteiler, Spiegel oder optische Kavitäten, ein Detektor sowie Vibrationstransfer- und Temperaturkontrollen. Typische Architekturen sind Michelson, Mach-Zehnder, Fabry-Pérot-Interferometer oder Sagnac. Jede Struktur hat charakteristische Aufgaben: Der Michelson eignet sich gut für Längenmessungen, das Fabry-Pérot-Interferometer erhöht die Empfindlichkeit durch Mehrfachreflexionen, der Sagnac dient der Rotationsmessung.

Anwendungen finden sich in der Gravitationswellenforschung (lange Bahnen mit Mehrfachreflexionen), der Hochpräzisionslängenmetrologie, der Faseroptik-Sensorik, der Oberflächenprofilierung, der Spektroskopie, der optischen Kohärenztomographie in der Medizin sowie in der Strukturüberwachung und Umweltmesstechnik.

Interferometersysteme bieten hohe Empfindlichkeit und Dynamik, sind jedoch sehr störanfällig gegenüber Umweltgeräuschen, Laserrauschen und Temperaturänderungen. Typische Gegenmaßnahmen sind vibrationsarme Bauweisen, Temperaturstabilisierung, frequenzstabilisierte Laser und Kalibrierung durch Referenzmessungen. Die Technologie hat eine lange Geschichte, von den frühen Michelson-Interferometern bis hin zu modernen großen Gravitationswellen-Detektoren.