Die Interferometrie ist eine leistungsstarke Messtechnik, die auf dem Grundprinzip der Welleninterferenz basiert. Dieses Phänomen tritt auf, wenn zwei oder mehr kohärente Wellen – also Wellen, die dieselbe Frequenz und eine konstante (feste) Phasenbeziehung aufweisen – miteinander kombiniert werden. Das vom Detektor erfasste resultierende Intensitätsprofil wird durch die Phasendifferenz zwischen diesen Wellen bestimmt.
- Wellen, die perfekt in Phase sind, unterliegen konstruktiver Interferenz, verstärken sich gegenseitig und erzeugen ein Intensitätsmaximum (heller Streifen).
- Wellen, die gegenphasig sind, unterliegen einer konstruktiven Interferenz, heben sich gegenseitig auf und erzeugen ein Intensitätsminimum (dunkler Streifen).
- Wellen mit einer anderen Phasenbeziehung erzeugen eine mittlere Intensität, die genau gemessen werden kann, um so ihre relative Phasendifferenz zu bestimmen.
In optischen Anwendungen wird dieses Prinzip häufig durch die Aufteilung eines einzelnen kohärenten Strahls (oft aus einem Laser ) in mehrere Pfade umgesetzt. Durch die erneute Überlagerung dieser Strahlen offenbart das resultierende Interferenzmuster winzige Unterschiede in der optischen Weglänge, die die einzelnen Strahlen zurückgelegt haben, was außergewöhnlich genaue Messungen von Entfernungen, Oberflächentopografien oder Änderungen des Brechungsindexes ermöglicht.
Eine klassische Umsetzung ist das Michelson-Interferometer. Dieses Gerät verwendet einen Strahlteiler, um den einfallenden Lichtstrahl in zwei senkrecht zueinander stehende Pfade aufzuteilen: den festen Referenzarm und den Messarm. Nach der Reflexion an den Spiegeln am Ende jedes Arms kehren beide Strahlen zum Strahlteiler zurück, wo sie wieder zusammengeführt und auf den Detektor gerichtet werden. Bewegt sich der Spiegel im Messarm oder ändert sich der Brechungsindex in diesem Strahlengang, ändert sich die optische Weglänge. Diese Änderung bewirkt eine Verschiebung der Interferenzstreifen, die genau gemessen werden kann, wodurch die Änderung mit einer Genauigkeit quantifiziert werden kann, die kleiner ist als die Wellenlänge des verwendeten Lichts.