Resonatorinterne Transmissionsellipsometrie zur Vermessung optischer Komponenten:
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 8]
544 |
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| Beschreibung: | Zugl.: Kassel, Univ. Gesamthochsch., Diss. |
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| adam_text | Titel: Resonatorinterne Transmissionsellipsometrie zur Vermessung optischer Komponenten
Autor: Neuschaefer-Rube, Stephan
Jahr: 1996
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Stephan Neuschaefer-Rube, Kassel Resonatorinterne Transmissionsellipsometrie zur Vermessung optischer Komponenten Reihe 8 : Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 544 VM VERLAG
Inhalt 1 Zusammenfassung............................................................................................................1 2 Einleitung..................................................................................... 3 2.1 Stand der ellipsometrischen Meßtechnik und resonatorintemer Meßverfahren............................................................................................................3 2.2 Abgrenzung und Begründung der Aufgabenstellung........................................7 3 Theorie des Laserresonators mit resonatorintemen optisch anisotropen Komponenten.....................................................................................................................9 3.1 Beschreibung ellipsometrischer Kenngrößen mit Hilfe des Jones- Matrix-Formalismus.................................................................................................9 3.1.1 Definition der ellipsometrischen Kenngrößen...........................................9 3.1.2 Resultierende ellipsometrische Kenngrößen bei der Zusammenschaltung mehrerer optischer Komponenten.......................12 3.2 Eigenfrequenzen und Eigenpolarisationen eines Laserresonators mit resonatorinternen optisch anisotropen Komponenten.....................................14 4 Aufbau und Funktionsweise des resonatorintemen Ellipsometers........................18 4.1 Prüfung der Eignung der Nd:YAG-Festkörperlasertechnologie für das resonatorinterne Ellipsometer..............................................................................18 4.1.1 Bilanzgleichungen einer 4-Niveau-Verstärkungsstrecke.......................18 4.1.2 Stationärer Zwei-Moden-Oszillatorbetrieb eines 4-Niveau-Lasers.......20 4.1.3 Vergleich unterschiedlicher Lasertechnologien.......................................24 4.2 Aufbau des Ellipsometers.....................................................................................26 4.3 Der
Meßalgorithmus des Ellipsometers..............................................................28 4.3.1 Algorithmus zur Frequenzstabilisierung des Meßresonafors...............28 4.3.2 Messung der Faraday-Rotation pp.............................................................29 4.3.3 Bestimmung der Phasendifferenz A und der Hauptachsenlage (p.........34 4.3.4 Bestimmung der reziproken Rotation pr ..................................................36 4.3.5 Messung des polarisationsabhängigen Verlustwinkels P ......................38 4.3.6 Signalfluß im resonatorintemen Ellipsometer.........................................40 5 Beschreibung wichtiger Ellipsometerkomponenten..................................................41 5.1 Der Faraday-Modulator..................................................... 41 5.2 Der vektorielle Phasenmodulator........................................................................45 5.2.1 Vektorieller elektrooptischer Modulator mit LiNb03-KristalL..............46 5.2.2 Vektorieller photoelastischer Phasenmodulator......................................58 5.2.3 Auswahl des am besten geeigneten Phasenmodulators.........................66 -V-
6 Fehlerrechnung und Fehlerminimierung....................................................................67 6.1 Unterschied zwischen Hintereinander- und Ineinanderschaltung zweier Verzögerer..................................................................................................67 6.2 Differenzfrequenzänderung durch das Anschwingen mehrerer longitudinaler Lasermoden im Meßresonator...................................................71 6.3 Die thermisch bedingte Phasenanisotropie im Laserkristall............................72 6.4 Fehlereinfluß durch zufällige Meßfehler bei der Differenzfrequenzmessung...................................................................................77 6.4.1 Reproduzierbarkeit bei der Bestimmung der Phasendifferenz A ..........77 6.4.2 Reproduzierbarkeit bei der Bestimmung der Hauptachsenlage (p........81 6.4.3 Arbeitspunktverschiebung des Phasenmodulators bei kleinen Phasendifferenzen A des Meßobjektes......................................................84 6.5 Fehlereinfluß durch polarisationsabhängige Dämpfung.................................88 6.5.1 Modifiziertes Modell des Laserresonators................................................88 6.5.2 Einfluß der polarisationsabhängigen Dämpfung auf den Algorithmus zur Bestimmung der Faraday-Rotation pp........................89 6.5.3 Einfluß der polarisationsabhängigen Dämpfung auf die Bestimmung der Phasendifferenz A und der reziproken Rotation pr ..............90 6.5.4 Meßfehler und Fehlerkompensation bei der Bestimmung der Hauptachsenlage p.......................................................................................92 7 Experimentelle Untersuchungen zum resonatorintemen Ellipsometer...............100 7.1 Experimentelle Überprüfung der Theorie der Eigenfrequenzen und Eigenpolarisationen................ 100 7.2 Experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung der Faraday- Rotation
pp.............................................................................................................104 7.3 Experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung der Phasendifferenz A und der Hauptachsenlage 9.............................................................................108 7.3.1 Verhalten des elektrooptischen Modulators im Meßresonator...........109 7.3.2 Messungen von A und p mit dem elektrooptischen Modulator und zyklischer Modulatoransteuerung...................................................HO 7.4 Experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung der reziproken Rotation pr .............................................................................................................115 7.5 Experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung des polarisationsabhängigen Verlustwinkels Y .............................................................................120 7.6 Diskussion der experimentellen Ergebnisse.....................................................125 -VI-
8 Schlußfolgerungen und Ausblick...............................................................................127 8.1 Weitere Erprobung des resonatorintemen Ellipsometers..............................127 8.2 Erweiterung des Meßumfangs auf optische Systeme.....................................128 9 Anhang............................................................................................................................130 9.1 Anhang 1: Berechnung der Kenngrößen des resultierenden Rotators und Verzögerers einer Reihenschaltung von Verzögerern (Gl. (3.7))...........130 9.2 Anhang 2: Rechnungen zur Ineinanderschaltung von zwei Phasendifferenzen innerhalb einer Komponente (Gl. (3.8), Gl. (3.9))...........133 9.3 Anhang 3: Eigenwertrechnung des optisch anisotropen Laserresonators (Gl. (3.12), Gl. (3.14))................................................................135 9.4 Anhang 4: Herleitung der Intensitätsgleichungen zur ZMOLV- Frequenzstabilisierung (Gl. (4.17), Gl. (4.18)) und zum Algorithmus zur Bestimmung der reziproken Rotation pr (Gl. (4.30), Gl. (4.35)).....................137 9.5 Anhang 5: Herleitung der Gleichung zur Bestimmung der Mischsignalamplitude hinter einem zirkularen Polarisator (Gl. (4.20))............................139 9.6 Anhang 6: Herleitung der Phasendifferenz App und der Hauptachsenlage ppE im photoelastischen Modulator (Gl. (5.16), Bild 5.14)......................142 9.7 Anhang 7: Herleitungen zur thermisch bedingten Phasenanisotropie im Laserkristall......................................................................................................149 9.8 Anhang 8: Herleitung der Störempfindlichkeiten Sa und Sq bei der Bestimmung von A und p (Gl. (6.21), Gl. (6.24))...............................................151 10 Verwendete Formelzeichen.........................................................................................155 11
Literaturverzeichnis......................................................................................................165 11.1 Vorveröffentlichungen.........................................................................................165 11.2 Literatur zu Kapitel 2...........................................................................................165 10.3 Literatur zu Kapitel 3...........................................................................................170 11.4 Literatur zu Kapitel 4...........................................................................................170 11.5 Literatur zu Kapitel 5...........................................................................................172 11.6 Literatur zu Kapitel 6...........................................................................................174 11.7 Literatur zu Kapitel 7...........................................................................................174 11.8 Literatur zu Kapitel 8...........................................................................................175 11.9 Literatur zu Kapitel 9...........................................................................................175 -vn-
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