DE60013696T2

DE60013696T2 - Achromatisches optisches Interferometer mit kontinuierlich einstellbarer Empfindlichkeit

Info

Publication number: DE60013696T2
Application number: DE60013696T
Authority: DE
Inventors: Jerôme M. Primot; Nicolas M. Guerineau
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: JP4834211B2; EP1061349A1; FR2795175A1; JP2001050819A; FR2795175B1; EP1061349B1; DE60013696D1; US6577403B1

Description

Die Erfindung dient zur Analyse der Wellenfront eines Lichtstrahls.
Diese Art der Analyse ermöglicht die Kontrolle von Optikkomponenten, die Qualifikation von optischen Geräten sowie die Steuerung von verformbaren Optikkomponenten, die in aktiven oder adaptiven Optiken eingesetzt werden. Sie ermöglicht zudem die Untersuchung von nicht direkt messbaren physikalischen Phänomenen wie beispielsweise Abweichungen des Brechungsindex innerhalb von Verwirbelungen, die bei der Durchquerung der Erdatmosphäre oder in einem Gebläse-Luftstrom vorkommen können. Sie wird außerdem zur Kontrolle der Ebenheit von elektronischen Bauteilen, beispielsweise bei Matrix-Brennflächen, sowie zur Einrichtung von Hochleistungs-Laserstrahlen verwendet.
Die Art der Wellenfront-Analyse gemäß der Erfindung basiert auf dem Einsatz eines optischen Gitters, das auf dem Lichtweg des zu analysierenden Strahls angeordnet wird.
Zum besseren Verständnis der folgenden Erläuterungen wird ein solches Gitter als optische Vorrichtung definiert, die periodische Phasen- oder Intensitätsschwankungen bzw. sowohl Phasen- als auch Intensitätsschwankungen bewirkt. Jedes Gitter ist außerdem durch die Kombination zweier Funktionen gekennzeichnet: Eine Funktion, die so genannte Phasenfunktion, überträgt die vom Gitter verursachten periodischen Phasenschwankungen, die zweite Funktion, die so genannte Intensitätsfunktion, überträgt die vom Gitter verursachten periodischen Intensitätsschwankungen.
Gemäß der Patentanmeldung FR 2 712 978 verweist der Anmelder auf den Aufbau und die Definition eines zweidimensionalen Gitters. Eine Einheit von regelmäßig in zwei Richtungen angeordneten Punkten bildet ein ebenes Gitternetz. Diese Punkte definieren eine Gitterzelle. Die Gitterzelle ist die kleinste Fläche, die es ermöglicht, eine Parkettierung der Ebene in den beiden, sie definierenden Richtungen ohne Lücken herzustellen. Das Polygon der Gitterzelle ist das Polygon mit der kleinsten Fläche, dessen Seiten von den Mittelsenkrechten der Segmente gestützt werden, die einen beliebigen Punkt der Einheit mit seinen unmittelbaren Nachbarn verbinden. Ein zweidimensionales Gitter ist die beliebige Wiederholung eines elementaren Musters, das in einem ebenen Gitternetz angeordnet ist. Ein ebenes Gitternetz kann sechseckige oder rechteckige Gitterzellen bilden (wobei quadratische Gitterzellen nur ein Sonderfall der letztgenannten Zellen sind).
Beleuchtet man ein optisches Gitter mit einem Lichtstrahl, einfallender Strahl genannt, können die vom Gitter gebeugten Lichtstrahlen, ausfallende Strahlen genannt, anhand von zwei gleichwertigen Ansätzen beschrieben werden.
Der erste Ansatz besteht darin, die ausfallenden Strahlen als Kopien des einfallenden Strahls zu betrachten. Sie werden Teilstrahlen genannt, die jeweils einer Diffraktionsordnung des Gitters entsprechen.
Der zweite Ansatz besteht darin, die ausfallenden Strahlen als von jeder Gitterzelle gebeugte Strahlen zu betrachten. Sie werden als Sekundärstrahlen bezeichnet.
Wird von einem Gitter eine Intensitätsfunktion ausgelöst, wird jeder Sekundärstrahl von einer Unter-Pupille abgegeben.
Bekannt ist das Analysegerät "Hartmann-Shack", das beschrieben wird in "Phase measurements systems for adaptive optics", J.C. WYANT, AGARD Conf. Proc., N° 300, 1981. Das grundlegende Funktionsprinzip besteht darin, die zu analysierende Phasenverschiebung optisch einer Analyseebene zuzuordnen, in der ein Raster aus Mikrolinsen angeordnet ist, das ein zweidimensionales Gitter definiert, bestehend aus einer Phasenfunktion, wobei jede Mikrolinse einen Sekundärstrahl abgrenzt. In der gemeinsamen Ebene der Brennpunkte der Mikrolinsen, der so genannten Betrachtungsebene, ist ein zweidimensionales Gitternetz aus Punkten zu beobachten, die entsprechend den Gradienten der Wellenfront verzerrt wurden. Für die Anwendungen zur Steuerung einer aktiven oder adaptiven Optik ist das Gitternetz vorzugsweise rechteckig. Die vorangehende Erklärung entspricht der klassischen Beschreibung des Hartmann-Shack-Analysegeräts und stützt sich auf den Ansatz der Zerlegung in Sekundärstrahlen. Eine andere Interpretation, basierend auf der Zerlegung in vom Mikrolinsen-Gitter gebeugte Teilstrahlen, wurde in dem Artikel "Variations on a Hartmann theme", F. Roddier, SPIE, TUXON 1990 beschrieben.
Diese Art von Analysegerät hat den Vorteil, dass sie mit polychromatischem Licht funktioniert, allerdings unter der Voraussetzung, dass die zu erfassende Abweichung im Gangunterschied nicht von der Wellenlänge abhängig ist. Es ist sehr einfach umzusetzen, da es nur aus einer einzigen optischen Komponente besteht, seine Lichtleistung ist sehr gut, Empfindlichkeit und Dynamik können jedoch nur eingestellt werden, indem das Mikrolinsen-Gitter verändert wird. In einem Analysemodus, dem so genannten Wiederholmuster, bietet es zudem die Möglichkeit zur Analyse von Wellenfronten aus Lichtquellen mit geringer Intensität. Dieser Analysemodus verwendet eine geringe Anzahl an Mikrolinsen, unabhängig von der zu messenden Wellenfront, um den schwachen Hauptfluss in einigen Messpunkten des Gradienten der Wellenfront zu konzentrieren.
In seinem bereits erwähnten Patent FR 2 712 978 hat der Anmelder ein Interferometer mit dreiseitiger Verschiebung beschrieben, in dem ein zweidimensionales Phasen- und/oder Intensitätsgitter sowie ein Raumfiltersystem eingesetzt werden. Entsprechend dem Ansatz mit Zerlegung in Teilstrahlen unterteilt das Gitter den zu analysierenden einfallenden Strahl in einer der Verschiebung zugeordneten Ebene optisch in drei Teilstrahlen. Eine spezielle optische Aufbereitung der auf diese Weise erhaltenen drei Teilstrahlen ermöglicht die Erstellung eines Interferogramms, das durch ein sechseckiges Gitternetz aus Lichtpunkten gebildet wird, deren Kontrast unabhängig von der gewählten Betrachtungsebene unveränderlich ist. Dieses Interferogramm ist empfindlich gegenüber den Gradienten der Wellenfront, mit der Möglichkeit zur kontinuierlichen Einstellung von Dynamik und Empfindlichkeit. Der Betrachtungsabstand wird dabei definiert als der Abstand zwischen der gewählten Betrachtungsebene und der als Empfindlichkeit Null bezeichneten Ebene, wobei die letztgenannte Ebene der Gitterebene entspricht, die vor der Raumfilterung angeordnet ist. In dem Artikel "Achromatic Three-Wave (or more) Lateral Shearing Interferometer", Journal of Optical Society of America A, Volume 12, N° 12, Dezember 1995, hat der Anmelder eine Abwandlung dieses Interferometers zu einem Interferometer mit vierseitiger Verschiebung beschrieben, bei dem das zweidimensionale Gitternetz der im Interferogramm beobachteten Lichtpunkte rechteckig und daher besser für Anwendungen zur Steuerung einer aktiven oder adaptiven Optik geeignet ist.
Diese Art von Analysegerät ist achromatisch und die Lichtleistung entspricht fast der von Hartmann-Shack-Geräten. Es ist jedoch aufgrund der Integration des Raumfilterungs-Systems zur Auswahl der Teilstrahlen zwischen dem Gitter und der Betrachtungsebene des Interferenzstreifen-Systems schwerer umzusetzen. Außerdem beinhaltet das Raumfilterungs-System Einschränkungen bei der Messung von Lichtstrahlen mit starken Störungen oder mit sehr großer Spektralbreite. So enthält es beispielsweise keinen Analysemodus mit Wiederholmuster, wie er beim Analysegerät von Hartmann-Shack angesprochen wurde.
Es erscheint daher äußerst wünschenswert, ein Interferometer zur Verfügung zu stellen, das sowohl eine einfache Umsetzung als auch gute Funktionsleistungen kombiniert, und zwar ausgehend von stark gestörten Lichtquellen mit geringer Intensität oder mit großer Spektralbreite, oder über ein Analysegerät von Hartmann-Shack und die Flexibilität zur Einstellung der Dynamik des Interferometers mit dreiseitiger Verschiebung gemäß dem Patent FR 2 712 978 oder über das Interferometer mit vierseitiger Verschiebung, das im Artikel "Achromatic Three-Wave (or more) Lateral Shearing Interferometer"! beschrieben wird.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, in dieser Richtung Fortschritte zu erzielen.
Die Erfindung kann als Verfahren oder als Gerät betrachtet werden.
Das vorgestellte Verfahren gehört zu der Art, bei der:

a) ein zweidimensionales Gitter mit rechteckigem Gitternetz in oder in unmittelbarer Nähe einer Ebene angeordnet wird, die senkrecht zu dem zu analysierenden Lichtstrahl verläuft und optisch einer Ebene zur Analyse der Wellenfront zugeordnet ist, wodurch der Lichtstrahl in verschiedene ausfallende Strahlen aufgespaltet wird, und
b) in einer Ebene ein Bild hergestellt und beobachtet wird, das durch Interferenz der ausfallenden Strahlen entsteht und dessen Verzerrungen mit den Gradienten der analysierten Wellenfront zusammenhängen.

Entsprechend einem Aspekt der Erfindung beinhaltet der Vorgang a) die Vervielfachung

a1) einer Intensitätsfunktion, die ein rechteckiges Gitternetz der Unter-Pupillen definiert, die das Licht des zu analysierenden Strahls in ein rechteckiges Gitternetz aus Sekundärstrahlen übertragen, mit
a2) einer Phasenfunktion, die bei zwei aneinander grenzenden Sekundärstrahlen eine Phasenverschiebung verursacht, so dass diese beiden Sekundärstrahlen Gegenphasen aufweisen.

Unter Gegenphasen sind auch leicht von der absoluten Gegenphase abweichende Phasenverschiebungen zu verstehen.
Auf diese Weise erzeugt das optische Gitter, das die Vervielfachung der beiden auf diese Weise definierten Funktionen gewährleistet, ein rechteckiges Gitternetz aus Sekundärstrahlen, die sich ausbreiten und miteinander interferieren, so dass sie in jeder parallel zur Gitterebene verlaufenden Betrachtungsebene ein Bild erzeugen, das in Form eines rechteckigen Gitternetzes von Lichtpunkten erscheint, deren Kontrast eindeutig unabhängig von Wellenlänge und Betrachtungsabstand ist.
Das rechteckige Gitternetz aus Lichtpunkten ist in der Gitterebene, der Ebene mit Empfindlichkeit Null, zu beobachten. Das Gitternetz ist am günstigsten in einer Ebene zu beobachten, die sich in einem vom Benutzer in Abhängigkeit von den Gradienten der zu analysierenden Wellenfront und von der gewünschten Dynamik gewählten Betrachtungsabstand befindet.
Dieses Verfahren funktioniert mit polychromatischem Licht und ermöglicht anhand der Anpassung des Betrachtungsabstandes, durch kontinuierliche Einstellung von Empfindlichkeit und Dynamik des Geräts, die Messung stark gestörter Lichtstrahlen.
Der Benutzer verfügt daher über die Flexibilität zur kontinuierlichen Einstellung der Dynamik des Interferometers mit vierseitiger Verschiebung, ohne die Einschränkungen bei der Umsetzung, die mit der Integration eines Raumfilterungs-Systems verbunden sind.
Die Erfindung erstreckt sich außerdem auf Geräte, die die Umsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens ermöglichen könnten. Ein solches Gerät ist ein Typ, der Folgendes umfasst:

α) eine Eingangsoptik, die der Ebene, in der die Wellenfront analysiert wird, eine Referenzebene zuordnet,
β) ein zweidimensionales Gitter mit rechteckigem Gitternetz, das in dieser Referenzebene angeordnet wird, senkrecht zum Lichtstrahl, wodurch der Strahl in verschiedene ausfallende Strahlen aufgespaltet wird, und
γ) Vorrichtungen zur Betrachtung des Bildes, das durch Interferenz der ausfallenden Strahlen gebildet wird und dessen Verzerrungen mit dem Gradienten der analysierten Wellenfront zusammenhängen.

Gemäß der Erfindung wird das Gerät dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter unter β) Folgendes umfasst:

– ein Intensitätsgitter mit einer Intensitäts-Gitterzelle der Länge L in der ersten Gitternetzrichtung und der Breite l in der zweiten Gitternetzrichtung, wobei in der Zelle ein elementares Intensitätsmuster angeordnet ist, und
– ein Phasengitter mit einer Phasen-Gitterzelle der Länge 2L in der ersten Gitternetzrichtung und der Breite 2l in der zweiten Gitternetzrichtung, wobei in der Zelle ein elementares Phasenmuster angeordnet ist, die Kanten der Phasen-Gitterzellen entsprechen dabei den Kanten der Intensitäts-Gitterzellen, das elementare Phasenmuster ist so ausgebildet, dass es eine an π (Modulo 2π) grenzende Phasenverschiebung zwischen zwei Sekundärstrahlen verursacht, die zwei aneinander grenzende elementare Intensitätsmuster durchqueren.

Ein zweidimensionales Gitter mit der bevorzugten Intensität gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein rechteckiges elementares Intensitätsmuster auf, dessen Fläche in etwa 50% der Fläche der Intensitäts-Gitterzelle beträgt.
Ein zweidimensionales Gitter mit der bevorzugten Phase gemäß der vorliegenden Erfindung, das aus einem Material mit bestimmter Stärke und Durchlässigkeitszahl hergestellt ist, weist ein elementares Phasen-Muster in Schachbrettform mit vier Feldern auf, wobei jedes Feld die Länge L und die Breite l der Intensitäts-Gitterzelle aufweist und zwei aneinander grenzende Felder eine unterschiedliche Stärke aufweisen, die durch Variation der Kennzahl die Funktion der definierten Phase realisieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Prüfung der folgenden detaillierten Beschreibung sowie der anhängenden Zeichnungen offensichtlich, wobei:
1A das optische Funktionsprinzip eines Geräts darstellt, das die Umsetzung der Erfindung zur Kontrolle von optischen Komponenten ermöglicht;
1B das optische Funktionsprinzip eines Geräts darstellt, das die Umsetzung der Erfindung zur Messung von Verwirbelungen wie z. B. der Erdatmosphäre darstellt, die ein Lichtstrahl aus einer polychromatischen Quelle wie beispielsweise einem Stern durchquert;
2 ein zweidimensionales Gitter mit rechteckigem Gitternetz darstellt;
3A ein Beispiel für ein Intensitätsgitter mit rechteckigem Gitternetz zeigt, das für die Erfindung verwendet werden kann;
3B ein Beispiel für ein Intensitätsgitter mit quadratischem Gitternetz zeigt, das für die Erfindung verwendet werden kann;
4 ein Beispiel für ein Phasengitter mit rechteckigem Gitternetz zeigt, das für die Erfindung verwendet werden kann;
5 ein Beispiel für ein Gitter mit rechteckigem Gitternetz gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 1 sind zwei Beispiele für Geräte dargestellt, die die Umsetzung der Erfindung ermöglichen.
In 1A ist eine Quelle S für polychromatisches Licht im Brennpunkt einer Kollimatorlinse O₁ angeordnet. Der parallele Lichtstrahl aus der Linse O₁ beleuchtet ein Testmuster, das schematisch als Platte mit parallelen Seiten LA dargestellt ist, in Ebene P_D angeordnet ist und eine Ebenheitsverschiebung D₁ aufweist. Bei dem Muster kann es sich um ein beliebiges anderes optisches System (eine Linse oder einen Spiegel, insbesondere um einen Teleskopspiegel) handeln oder einfach um ein gasförmiges Medium, das beispielsweise durch eine Strömung gestört wird.
Im Fall einer Anwendung in der Astronomie wird das Gerät, das die Umsetzung der Erfindung ermöglicht, in 1B dargestellt. Eine ebene Welle aus einer sehr weit entfernten Quelle wie beispielsweise einem Stern durchquert eine Verwirbelung, deren Indexschwankungen durch Schlangenlinien dargestellt sind.
Ein Aufbau am Eingang gewährleistet die optische Anpassung, die die Umsetzung des Verfahrens gemäß der Erfindung ermöglicht.
Diese Anpassung wird vorzugsweise als brennpunktloses System ausgeführt, das aus den beiden Linsen O₂ und O₄ besteht, wobei in der Zwischenposition eine Kollektivlinse O₃ angeordnet ist. Dieses brennpunktlose System erfüllt einerseits die Funktion, den Durchmesser des Strahls, der in Ebene P_D analysiert wird, an die Abmessungen des zweidimensionalen Gitters anzupassen, das sich in der Ebene P_C befindet, sowie andererseits die Ebene P_D, in der sich die zu analysierende Verschiebung befindet, optisch der Ebene P_C zuzuordnen.
Andere Vorrichtungen zur Herstellung dieser optischen Zuordnung der beiden Ebenen können ebenfalls geeignet sein.
In der Analyseebene P_C wird ein zweidimensionales Gitter GR angeordnet, das in der Lage ist, die Kombination der Intensitäts- und der Phasenfunktionen zu gewährleisten. Materiell kann dieses Gitter beispielsweise wie in 5 aus zwei oder mehr Gittern GI3A, GP4 aufgebaut sein. Die besondere Kombination der Funktionen kennzeichnet das Gitter gemäß der Erfindung und nicht eine spezielle Umsetzungsweise.
Im Beispiel der vorgestellten Umsetzung besteht das Gitter GR aus einem Intensitätsgitter GI und einem Phasengitter GGP.
Das Intensitätsgitter GI führt eine Intensitätsfunktion FI aus, die ein rechteckiges Gitternetz der Unter-Pupillen definiert, die das Licht des zu analysierenden Strahls in mehrere Sekundärstrahlen übertragen.
Das Phasengitter GP führt eine Phasenfunktion FP aus, die zwischen zwei nebeneinander liegenden Sekundärstrahlen eine im Durchschnitt an π (Modulo 2π) grenzende Phasenverschiebung verursacht.
Die Reihenfolge, in der diese beiden Funktionen in der Ebene durchgeführt werden, ist nicht von Bedeutung.
Gemäß der Erfindung wird das Interferogramm durch ein rechteckiges Gitternetz von Punkten gebildet.
Die Ebene P_C ist eine Ebene mit Empfindlichkeit Null.
Die Betrachtung wird in der Ebene P_S durchgeführt, die sich in dem gewählten Betrachtungsabstand d der Ebene P_C befindet.
Dynamik und Empfindlichkeit des Geräts variieren in Abhängigkeit vom Betrachtungsabstand. Ist d gleich Null, verschmilzt die Betrachtungsebene daher mit der Analyseebene P_C, in der sich das Gitter befindet und die Empfindlichkeit Null beträgt.
Im Allgemeinen kann eine zusätzliche Betrachtungsvorrichtung der Ebene P_S, die beispielsweise aus einer Linse besteht, die eine optische Zuordnung zwischen der Ebene P_S und einer besser zugänglichen Arbeitsebene herstellt, eingesetzt werden.
2 zeigt ein zweidimensionales Gitter GR mit rechteckigem Gitternetz, gekennzeichnet durch eine rechteckige Gitterzelle mit der Länge L und der Breite l. Das Gitternetz, das durch unterbrochene Linien dargestellt wird, ist im endgültigen Gitter nicht unbedingt sichtbar. In jeder Zelle wird ein Muster MO dargestellt, das die Schwankungen der Intensität oder der Phase bzw. Schwankungen der Intensität und der Phase des einfallenden Lichtstrahls verursacht.
3 zeigt zweidimensionale Intensitätsgitter GI, die ein einfaches Mittel zur Umsetzung der Intensitätsfunktion gemäß dem Verfahren dieser Erfindung bieten. 3A stellt ein gekreuztes Ronchi-Gitter GI3A mit einem rechteckigen Gitternetz mit der Länge L und der Breite l dar. Die grau dargestellten Bereiche stellen die Übertragung Null dar und die hellen Bereiche können entweder transparent oder reflektierend sein. Diese hellen Bereiche stellen die Unter-Pupillen dar. Idealerweise grenzen die Seiten L₁ und 1₁ dieser hellen Bereiche jeweils an 2L/3 und 2l/3. Auf diese Weise beträgt die Fläche der Unter-Pupille fast die Hälfte der Fläche der Gitterzelle. 3B stellt ein gekreuztes Ronchi-Gitter GI3B mit quadratischer Zelle mit der Seitenlänge L dar, das der Ansicht des Anmelders zufolge den vorteilhaftesten Anwendungsmodus der Erfindung darstellt.
4 zeigt in der Perspektive ein Beispiel für ein zweidimensionales Phasengitter GP, das ein einfaches Mittel zur Umsetzung der Phasenfunktion gemäß dem Verfahren dieser Erfindung bietet. 4 stellt ein Schachbrett-Gitter GP4 mit rechteckigem Gitternetz mit den Seiten 2L und 2l dar. Das Gitter GP4 weist regelmäßige Stärkenschwankungen zwischen den einzelnen Stufen auf, so dass der Unterschied in der Stärke e zwischen angrenzenden Stufen folgendes Verhältnis aufweist: e = λ/η * (k + ½),wobei λ die durchschnittliche Länge der verwendeten Welle,
η

– der Brechungskoeffizient des Materials im Fall des Einsatzes eines Phasengitters zur Übertragung oder
– das Doppelte des Brechungskoeffizienten des Übertragungsmilieus im Fall des Einsatzes eines Reflexions-Phasengitters, und k eine ganze Zahl ist.

Die grau dargestellten Flächen des Gitters GP4 können bei einem zur Übertragung verwendeten Gitter transparent oder bei einem zu^r Reflexion verwendeten Gitter reflektierend sein.
Ein vorteilhaftes Mittel zur Ausführung der Gitter GI und GP besteht im Einsatz von Masken- oder Fotolithographie-Gravurtechniken, die in der Halbleiter-Industrie breite Anwendung finden; so kann GI durch Aufbringen einer Metallmaske auf einer Substratplatte und GP durch Gravur einer Substratplatte ausgeführt werden. Mit diesen Techniken ist es möglich, mit einer einzigen Substratplatte ein zweidimensionales Phasen- und Intensitätsgitter herzustellen, das die beiden Funktionen FI und FP bzw. GI und GP kombiniert.
Es können auch andere Verfahren zur Umsetzung der beiden Funktionen FI und FP durch Gitter GI und GP in Betracht gezogen werden, die beispielsweise auf dem Prinzip der Aufzeichnung auf lichtempfindlichen Interferogramm-Platten basieren, um auf diese Weise holographische Gitter zu erhalten.
Die Kombination der Gitter GI und GP ermöglicht die Erzeugung eines Gitternetzes aus Lichtpunkten, deren Kontrast im Wesentlichen unabhängig vom Betrachtungsabstand d und der verwendeten Wellenlänge ist. Aufgrund der plötzlichen Schwankungen der vom Ronchi-Intensitätsgitter GI zugeführten Intensität kommt es im Verlauf der Ausbreitung zu Kontrastfluktuationen, die sich durch örtliche Hochfrequenz-Verzerrungen der Lichtpunkte äußern. Diese Stör-Verzerrungen sind jedoch im Vergleich zur Sinusmodulation der beobachteten Intensität in beiden Richtungen zweitrangig und beeinträchtigen die Analyse der Wellenfront nicht.
Im Patentantrag FR 2 682 761 hat der Anmelder eine Analysetechnik für die gewonnenen Interferenzbilder beschrieben, um die Gradienten der Wellenfront zu ermitteln. Diese Techniken sind direkt anwendbar auf die Gitter aus Lichtpunkten, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
Das Raster der Verzerrungen in dem Gitternetz aus Lichtpunkten kann auch anhand einer Berechnung der Position der Massenmittelpunkte der Lichtpunkte ermittelt werden. Diese häufig im Fall von Analysegeräten vom Typ Hartmann-Shack eingesetzte Technik ist direkt auf rechteckige Gitternetze aus Lichtpunkten anwendbar, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.

Claims

Verfahren zur Analyse der Wellenfront eines Lichtstrahls, bei dem: a) ein zweidimensionales Gitter mit rechteckigem Gitternetz in einer Ebene (P_C) senkrecht zu dem zu analysierenden Lichtstrahl und optisch einer Analyseebene (P_D) der Wellenfront zugeordnet angeordnet wird, wodurch eine Beugung des Lichtstrahls in verschiedene ausfallende Strahlen verursacht wird, und b) in einer Ebene (P_S), die in einem gewählten Abstand zur Ebene (P_C) liegt, ein Bild erzeugt und betrachtet wird, das durch Interferenz der ausfallenden Lichtstrahlen gebildet wird und dessen Verzerrungen in Zusammenhang mit den Gradienten der analysierten Wellenfront stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang a) Folgendes beinhaltet: die Vervielfachung a1) einer Intensitätsfunktion (FI), die ein rechteckiges Gitternetz von Unter-Pupillen definiert, die das Licht des zu analysierenden Strahls in mehrere Sekundärstrahlen übertragen, die entsprechend einem rechteckigen Gitternetz angeordnet sind, mit a2) einer Phasenfunktion (FP), die zwischen zwei aneinander grenzenden Sekundärstrahlen eine Phasenverschiebung verursacht, so dass diese beiden Sekundärstrahlen Gegenphasen aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion (FI) in Vorgang a1) ein Gitternetz von Unter-Pupillen definiert, dessen Fläche fast die Hälfte der Fläche der Gitterzelle des rechteckigen Gitternetzes beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Funktion (FI) definierte Gitternetz quadratisch ist.
Vorrichtung zur Analyse der Wellenfront eines Lichtstrahls, bestehend aus: a) einer Eingangsoptik (O₂, O₃, O₄,), die eine optische Zuordnung zwischen einer Referenzebene (P_C) und der Ebene (P_D) herstellt, in der die Wellenfront analysiert wird, β) einem zweidimensionalen Gitter mit rechteckigem Gitternetz (GR), das in der Referenzebene (P_C) angeordnet ist, was eine Beugung des Lichtstrahls in verschiedene ausfallende Strahlen verursacht, und γ) Mittel zur Betrachtung des durch Interferenz der ausfallenden Lichtstrahlen entstandenen Bildes, dessen Verzerrungen mit dem Gradienten der analysierten Wellenfront zusammenhängen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter aus β) Folgendes umfasst: – ein Intensitätsgitter (GI) mit einer Intensitäts-Gitterzelle der Länge L in der ersten Gitternetzrichtung und der Breite l in der zweiten Gitternetzrichtung, wobei in der Zelle ein elementares Intensitätsmuster angeordnet ist, und – ein Phasengitter (GP) mit einer Phasen-Gitterzelle der Länge 2L in der ersten Gitternetzrichtung und der Breite 2l in der zweiten Gitternetzrichtung, wobei in der Zelle ein elementares Phasenmuster angeordnet ist, die Kanten der Zellen (2L, 2l) des Phasengitters fallen dabei mit den Zellen des Intensitätsgitters zusammen, das elementare Phasenmuster ist derart ausgeführt, dass es eine an π (Modulo 2π) grenzende Phasenverschiebung zwischen zwei Sekundärstrahlen verursacht, die zwei aneinander grenzende elementare Intensitätsmuster durchqueren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gitter (GI) um ein rechteckig gekreuztes Ronchi-Gitter handelt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gitter (GP) um ein Schachbrett-Gitter mit zwei Stärkestufen handelt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (GR) mit Übertragung arbeitet.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (GR