First results using the Planck-Balance. - In: CPEM 2018, ISBN 978-1-5386-0974-3, (2018), insges. 2 S.
https://doi.org/10.1109/CPEM.2018.8500904
Hochpräzise Bestimmung der Form- und Orthogonalitätsabweichungen einer Spiegelecke und Untersuchung des Verhaltens unter veränderlichen Umweltbedingungen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (XVI, 179 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
Dissertation erschienen unter dem Titel: Hochpräzise interferometrische Bestimmung der Formabweichungen einer Spiegelecke und Untersuchung des Verhaltens unter veränderlichen Umweltbedingungen
Die rasanten Entwicklungen der letzten Jahre insbesondere in der Halbleitertechnik und in verschiedenen Präzisionstechnologien erfordern immer präzisere Fertigungsprozesse, die bis an die physikalischen Grenzen vordringen. Deshalb wurde am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der Technischen Universität Ilmenau eine neue Nanopositionier- und Nanomessmaschine (NPM-Maschine) NPMM-200 mit einem Messvolumen von 200 mm x 200 mm x 25 mm und einer gesicherten Messauflösung von 80 pm entwickelt. Das Koordinatensystem der NPM-Maschinen wird durch das verwendete Interferometer-Raumspiegelsystem gebildet. Die Herstellung hochpräziser Spiegelflächen einer Raumspiegelecke mit höchsten Anforderungen an die Ebenheit ist nicht nur technisch schwierig, sondern auch sehr kostspielig. Die Fertigungstoleranzen limitieren die Ebenheit der Spiegelflächen der Raumspiegelecke und deren Winkellage zueinander. Daher ist es notwendig, vorhandene systematische Abweichungen der Spiegelflächen zu ermitteln und zu korrigieren. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die hochpräzise Bestimmung der Topographien der Spiegelflächen der Raumspiegelecke mit einem Fizeau-Interferometer und der Stitching-Technologie. Das Subapertur-Stitching-Interferometer für sehr große Messbereiche bis 350 mm x 350 mm besteht aus einem hochpräzisen XY-Verschiebetisch, einem handelsüblichen Fizeau-Phasenschiebe-Interferometer mit einer 6 Zoll Apertur und einer Raumspiegeleckebaugruppe mit integrierter Justiereinrichtung. Eine speziell entwickelte Software "SmartStitching" wird verwendet, um die aufgenommenen Messdaten der Subaperturen zu einer gesamten Topographie zu rekonstruieren. Der Stitching-Algorithmus kompensiert nicht nur Positionierfehler, die durch Führungsfehler des Lineartisches während der Verschiebung verursacht werden, sondern auch systematische Fehler wie z.B. Abbildungsfehler. Die absolute Topographie des Referenzspiegels wurde im Vorfeld durch den Multi-Rotations-Drei-Platten-Test kalibriert. Bei bekannter Formabweichung des Referenzspiegels kann der vorhandene systematische Fehler des Phasenschiebe-Interferometers korrigiert werden. Die Topographie des Referenzspiegels wurde dann im Datenverarbeitungssystem gespeichert, damit sie zur Korrektur systematischer Fehler verwendet werden kann. Weiterhin werden in dieser Arbeit andere Einflussfaktoren untersucht, z.B. Messfehler, die durch das Subaperture-Stiching-Interferometer verursacht werden, und dem akkumulierten Fehler, der durch den Stitching-Algorithmus verursacht wird. Ein weiterer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die hochpräzise Bestimmung der Abweichung der Orthogonalität zwischen den Messspiegeln (xy-, xz- und yz-Messspiegel) einer Raumspiegelecke. Zwei Messverfahren wurden für die Bestimmung der Winkelfehler eingesetzt. Die Winkel zwischen den x- und y-Spiegeln werden mit Hilfe von zwei Pentaprismen, einem kalibrierten rechtwinkligen Prisma und einem hochauflösenden elektronischen Autokollimator bestimmt. Diese Kalibriermethode verwendet zwei horizontal ausgerichtete Pentaprismen und ein hochpräzises rechtwinkliges Prisma als 90˚-Winkelnormal, um Winkelfehler zwischen der x- und y-Spiegelfläche einer Raumspiegelecke zu bestimmen. Das hochpräzise rechtwinklige Prisma wurde im Vorfeld kalibriert. Die Winkel zwischen den x- und z-Spiegeln werden mit Hilfe von zwei gegeneinander ausgerichteten Pentaprismen und einem Autokollimator kalibriert. Der Autokollimator ist über ein Pentaprisma entlang der Normalen des z-Spiegels ausgerichtet. Dieses Pentaprisma bewegt sich nur entlang der x-Richtung, bis er das zweite Pentaprisma trifft und richtet nun auch das zweite Pentaprisma so, dass der Winkel der x-Spiegelfläche mit dem AKF gemessen werden kann. Die Winkelabweichung zwischen den x- und z-Spiegeln der Raumspiegelecke ist der Differenzwert vom Messwert des Autokollimators und dem Winkelfehler beider Pentaprismen. Die Rechtwinkligkeitsabweichung zwischen den y-und z-Spiegeln wird in gleicher Weise kalibriert. Um systematische Fehler zu minimieren, ist es erforderlich, ein Kalibrierverfahren für Pentaprismen in vertikaler Ausrichtung mittels eines Fizeau-Interferometers umzusetzen. Der Drei-Pentaprismen-Test wird verwendet, um die absolute Winkelfehler der Pentaprismen in vertikaler Lage zu bestimmen. Die Genauigkeit für diese Methode wird auf 0,1" geschätzt und wird durch die Kalibrierungsunsicherheit der Pentaprismen bestimmt. Alle gemessenen Orthogonalitätsabweichungen werden abschließend quantifiziert und mit den Topographiedaten der Raumspiegelecke für Korrektur kombiniert.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000501
Towards alternative 3D nanofabrication in macroscopic working volumes. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 29 (2018), 11, S. 114002, insges. 19 S.
https://doi.org/10.1088/1361-6501/aadb57
Comparison of water and water-glycol mixtures in temperature measurement :
Vergleich von Wasser und Wasser-Glykol-Gemischen bei der Temperaturmessung. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 85 (2018), 10, S. 635-643
https://doi.org/10.1515/teme-2018-0054
Approach to determining the uncertainty and predictive capability of a FEM simulation model of a small multiple fixed-point cell for calibration of contact thermometers :
Ansatz zur Bestimmung der Unsicherheit und Prognosefähigkeit eines FEM-Simulationsmodells einer kleinen Mehrfachfixpunktzelle für Kalibrierung von Berührungsthermometern. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 85 (2018), S. S86-S94
Die Definition und Variation von Eingangsparametern eines Modells erlaubt nach einer Stichprobenberechnung die Auswertung von verteilten Ausgangsparametern. Sie werden als Reproduzierbarkeit dieser Berechnung angesehen. Für ein thermisches FEM-Modell einer kleinen Mehrfachfixpunktzelle für die Kalibrierung von Berührungsthermometern wird nach dieser Prozedur und nach einem Vergleich (Validierung) mit der Reproduzierbarkeit experimentell ermittelter Ergebnisse mittels einer Validierungsmetrik ein Vertrauensintervall berechnet, in dem Prognosen mit dem Modell an einer nicht validierten Stelle durchgeführt werden könnten. Dieser Ansatz wird in diesem Beitrag vorgestellt.
https://doi.org/10.1515/teme-2018-0027
Heterodynes Stehende-Welle-Interferometer :
Heterodyne standing-wave interferometer. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 85 (2018), S. S80-S85
This manuscript describes a novel standingwave arrangement with two laser sources of different wavelengths, emitting towards each other. The resulting standing wave has a continuously moving intensity profile, a thin, transparent photo sensor is inserted into. When the sensor is moved along the optical axis a frequency shift, proportional to the velocity, occurs. This frequency shift can be evaluated for the purpose of interferometric length measurements.
https://doi.org/10.1515/teme-2018-0017
Interferometric atomic force microscope: design, metrological properties and application measurements :
Interferometrisches Rasterkraftmikroskop: Aufbau, messtechnische Eigenschaften und Applikationsmessungen. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 85 (2018), S. S52-S58
Der vorliegende Beitrag stellt die besonderen Merkmale, die Funktionsweise, den Aufbau, die messtechnischen Eigenschaften sowie wichtige Applikationsmessungen des interferometrischen Rasterkraftmikroskops dar. Das interferometrische Rasterkraftmikroskop dient als Antastsystem in der Nanopositionier- und Nanomessmaschine NMM-1. Sein Hauptmerkmal ist der Lagedetektor - das kombinierte Sondenmesssystem, das die gleichzeitige Erfassung der Torsion, Biegung und Position des Cantilevers mittels Lichtzeiger und Interferometer ermöglicht. Es wird das Prinzip der gleichzeitigen Erfassung von Position und Winkellage der Sonde mittels eines Interferometers und eines Lichtzeigers erläutert, die optische Anordnung vorgestellt und anschließend die durchgeführte Dimensionierung des Lagedetektors diskutiert. Außerdem widmet sich dieser Beitrag neben den messtechnischen Eigenschaften des interferometrischen Rasterkraftmikroskops auch der Kalibrierung des Antastsystems und insbesondere der Unsicherheitsanalyse einer Beispielmessung.
https://doi.org/10.1515/teme-2018-0023
High-precision optical metrology for Darwin: design and performance. - In: International Conference on Space Optics - ICSO 2004, (2018), S. 105682N-1-105682N-8
https://doi.org/10.1117/12.2500126
Ultrastable metrology laser at 633 nm using an optical frequency comb. - In: Optical Micro- and Nanometrology VII, (2018), 106780S, insges. 12 S.
https://doi.org/10.1117/12.2306907
Investigation of position detectors for atomic force microscopes. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 29 (2018), 10, S. 105101, insges. 13 S.
This paper presents different possibilities of determination of cantilever deflection using the beam theory and finite element method. It is proved that the cantilever can be described as an elementary beam with the force point within the neutral fibre, and its deflection can be determined according to Euler-Bernoulli beam theory. The determined analytical relationship between the inclination angle of the cantilever beam and displacement of its end is used for further calculations of the output signal of the atomic force microscope (AFM) position detector optical lever. Such position detectors as an interferometer, optical lever, and focus sensor are compared for application in an AFM. Analytical and numerical position detector models are developed here for determination of characteristic curves of detector output signals and their sensitivities. The comparison shows that the interferometer is by far the most sensitive and the optical lever is similarly sensitive to the focus sensor. Furthermore, a combined deflection-detection system that contains a homodyne Michelson interferometer and an optical lever is discussed.
https://doi.org/10.1088/1361-6501/aad397