Absolutlangen mittels Mehrwellenlangen-Diodenlaserinterferometrie

摘要

Die Messung von Langen in der Grossenordnung von einigen bis hin zu einigen zehn Metern ist ein scheinbar alltagliches Problem. Verkorperte Langenmasse, also Massbander und -stabe sind im Alltag routinemassig genutzte Messmittel. Die Genauigkeit solcher Langenmessmittel ist aber offensichtlich beschrankt. Die exaktesten aus der Genauigkeitsklasse I erreichen eine Genauigkeit von +- (0,1 + 0,1 L/m) mm. Moderne Produktions-prozesse stellen ganz andere Anforderungen: Etwa im Flugzeugbau oder bei der Produktion moderner Windrader mussen Dimensionen von bis zu 100 m mit einer relativen Genauigkeit besser als 1 (centre dot) 10~(-6) vermessen werden. Solche Distanzen werden ublicherweise mit optischen Methoden ermittelt. Klassisch werden dabei zwei verschiedene Verfahren verwendet: Zum einen Laufzeit-basierte Messmethoden, zum anderen zahlende Interferometrie. Im ersten Fall wird aus der Laufzeit eines Lichtpulses oder der Phase einer Amplitudenmodulation des Lichts der Abstand berechnet. Die Genauigkeit ist vor allem durch die Zeit- bzw. die Phasenauflosung limitiert, was bei den besten, auf Modulation basierenden Geraten zu einem konstanten Fehler in der Grossenordnung 0,1 mm fuhrt. Eine relative Unsicherheit unter 1 (centre dot) 10~(-5) auf den oben genannten Distanzen ist mit dieser Technik also nicht zu erreichen. Wesentlich prazisere Messungen sind mit konventioneller Interferometrie moglich, fur die unter gut kontrollierten ausseren Bedingungen auf langeren Strecken routinemassig Messunsicherheiten unter 1 (centre dot) 10~(-7) erreicht werden. Die zu messende Strecke wird dabei mit einem Reflektor abgefahren und die Anderung des Interferenzsignals ausgelesen. Mit dieser Methode sind unter gut kontrollierten Bedingungen Distanzmessungen mit Nanometerauflosungen moglich. Allerdings erfordert eine solche Messung eine kontinuierliche mechanische Fuhrung. Eine Unterbrechung derselben fuhrt zum sofortigen Verlust der Information uber die absolute Lange.