Laserinterferometrie

Die Laserinterferometrie ist eine Messmethode, die auf der Interferenz von kohärentem Licht basiert, um winzige Längenunterschiede mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.

Grundlage ist ein Interferometer, bei dem ein Laserstrahl in zwei oder mehr Pfade geteilt und nach Durchlaufen verschiedener Strecken wieder zusammengeführt wird. Die resultierenden Interferenzmuster erlauben es, Phasenunterschiede Δφ zu messen. Da Δφ proportional zur Differenz der optischen Weglängen ΔL ist, lässt sich ΔL aus der gemessenen Phase ableiten. Moderne Systeme verwenden frequenzverschobene (heterodyne) Signale, um kontinuierliche Phaseninformationen zu gewinnen und eine stabile Messung zu ermöglichen.

Zu den häufigsten Bauformen gehören das Michelson-Interferometer, das Mach-Zehnder-Interferometer und das Sagnac-Interferometer. Typische Laserquellen sind frequenzstabile Dioden- oder Festkörperlaser. Die Messung erfolgt in der Regel in Vakuum oder trockener Luft, um Verzerrungen durch Refraktion zu minimieren, und wird von Vibrationsdämpfung, Temperaturkontrollen und Kalibrierverfahren unterstützt.

Anwendungen der Laserinterferometrie finden sich in der Gravitationswellendetektion (LIGO, Virgo, KAGRA) sowie in der Metrologie, der Kalibrierung von Längenmessgeräten, der Oberflächen- und Schichtdickenmessung, der Strukturüberwachung von Bauwerken und in der Faseroptik-Sensorik. Weitere Einsatzgebiete umfassen die Halbleiterfertigung, beispielsweise bei der präzisen Ausrichtung von Lithografieprozessen.

Herausforderungen sind Rauschen von Laserfrequenz und Umgebungsstörungen, thermische Fluktuationen, Streuung und Luftverunreinigungen. Gegenmaßnahmen umfassen stabile Laserquellen, Vakuumsysteme, Vibrationsdämpfung, Temperaturkontrollen und fortgeschrittene Phasenmesstechnik. Historisch geht die Entwicklung der Interferometrie auf Arbeiten von Albert A. Michelson im späten 19. Jahrhundert zurück; die Laserinterferometrie entstand mit der Einführung kohärenter Laserstrahlen in den 1960er Jahren und hat seither zentrale Messgrößen in Wissenschaft und Technik geprägt.