Fachhochschule Jena: Messen an feinen Strukturen

Der Fachbereich Physikalische Technik der Fachhochschule Jena konnte im vergangenen Jahr eine optische Fouriertransformationsanlage als Dauerleihgabe von der Universität Bremen übernehmen. Ermöglicht wurde diese Umsetzung dank der seit Jahren bestehenden guten Kontakte, die über Prof. Dr. em. Christian Hofmann von der Fachhochschule Jena und Prof. Dr. em. Siegfried Boseck von der Universität Bremen aufgebaut und gepflegt wurden. Nachdem Prof. Boseck in den Ruhestand verabschiedet wurde und in Bremen die Ausbildung in Optik nicht mehr in gleichem Maße durchgeführt wird, war es der Wunsch von Professor Boseck, diese Anlage, die von ihm entwickelt und aufgebaut wurde, in eine Einrichtung zu bringen, die in der Optikausbildung aktiv ist und auch durch das bestehende Umfeld die Möglichkeit hat, diese Messtechnik anzuwenden und weiterzuentwickeln.

Mit Hilfe des Gerätes ist es möglich, das bei der optischen Abbildung feiner Strukturen entstehende Beugungsbild genau zu vermessen. Dieses Beugungsbild entspricht einer Fouriertransformation des Objektes in der Form des Leistungsspektrums in der x-y-Ebene. Die Fouriertransformation ist ein in der Optik häufig angewendetes Verfahren, welches durch den Mathematiker de Fourier (1768-1830) entwickelt wurde. Bei diesem wird eine beliebige Objektstruktur in eine Anzahl von Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz und Amplitude zerlegt wird, wobei die Frequenzen bzw. Amplituden jeweils Vielfache bzw. Teile der Grundschwingung sind. Der Abstand der Beugungsmaxima ist eine charakteristische Größe für die Breite der untersuchten Strukturen. Daraus lassen sich die tatsächliche Strukturbreite sowie Störungen in der Regelmäßigkeit von Strukturen ermitteln. Es ist weiterhin möglich, Größen von Partikeln im Rahmen einer Schadstoffanalytik zu bestimmen.

Durch die Herstellung spezieller Filter ist es beispielsweise machbar, direkt an fotografischen Aufnahmen (Negative) eine Korrektur vorzunehmen, um die Bildqualität deutlich zu verbessern. Dazu kann man Amplituden- sowie Phasenfilterungen durchführen, wodurch die Inhalte des Objektes ihrer Bedeutung nach neu gewichtet werden können.
Als Lichtquelle dient dabei ein 15 mW Helium-Neon-Laser mit Aufweitungsoptik für ein Objektfeld mit 50 mm Durchmesser. Der zu vermessende Ortfrequenzbereich umfasst bis zu 40 Linienpaare pro Millimeter, das entspricht einem Gitterabstand von 25 µm. Die Messdynamik erreicht acht Dekaden, d.h. man kann Messungen mit Leistungsunterschieden von 100 Watt bis zu einem Mikrowatt durchführen.

Aufbauend auf den in Bremen gemachten Erfahrungen will der Fachbereich diese Anlage in die Ausbildung der Studenten im Rahmen der Optischen Messtechnik und der Umweltmesstechnik mit einbeziehen. Weiterhin soll auch im Rahmen des OPTONET, in dem die Fachhochschule Mitglied ist, eine Zusammenarbeit mit der Industrie und mit entsprechenden Forschungseinrichtungen gefördert werden. Denkbar ist das durch die Vergabe von Praktikums- oder Diplomarbeiten, die sich mit dieser speziellen Messtechnik beschäftigen, oder direkt über Drittmittelthemen.