Development of a Double-Ended Gauge Block Interferometer for Measurement of the Absolute Length

Abdelnaser, Amany Abdelaty Mohammed

The work presented in this thesis describes a prototype version of a double-ended interferometer built at Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) for measuring the length of short as well as long gauge blocks. In this setup, more than one wavelength is used which makes this interferometer much more effective for accurate extraction of the integer orders of interference. A special design for the light source is found to allow the same adjustment states at the different wavelengths. The PTB double-ended interferometer prototype shows consistent results for the two wavelengths used and a good agreement with well-established PTB gauge block interferometers (INKO5 and Köster). The current uncertainty of the double-ended interferometer prototype is limited by the gauge block temperature deviation from the reference temperature of 20.000 °C. The phase change on reflection of steel gauge blocks is measured using the stack method. It shows a good agreement with the calculated ones. The phase correction of ceramic gauge block is estimated from the difference between the double-ended interferometer and the INKO5 measurement results and is measured using the stack method. Its value is compatible with the values reported in the literature using the same method. The good experimental results introduce this interferometer as a traceable tool for other gauge block length interferometers.

Ein in der Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) entwickelter Prototyp eines beidseitig antastenden Interferometers zur Messung der absoluten Länge von sowohl kurzen als auch langen Endmaßen wird beschrieben. In dem neu entwickelten Aufbau wurden zwei Wellenlängen ( 633 nm und 512 nm ) verwendet, was zu einer genaueren Bestimmung der ganzzahligen Ordnungen der Interferenzen führt und somit das Interferometer mehr effektiv macht. Für die zwei unterschiedlichen Wellenlängen wurde eine spezielle Anordnung realisiert, die die gleiche Justierung beider Strahlen im Interferometer erlaubt. Mit dem entwickelten Prototyp wurden Längenmessungen an diversen Endmaßen aus Stahl und Keramik ( 2 mm bis 500 mm ) durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse sind für die beiden verwendeten Wellenlängen konsistent und zeigen ebenfalls eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen mit den etablierten Endmaßkomparatoren der PTB (INKO5 und Köster). Die erreichte Messunsicherheit des beidseitigen Interferometerprototyps wird durch die Abweichung der Endmaßtemperatur von der Referenztemperatur von 20.000°C begrenzt. Unter Verwendung der Stack-Methode wurde die Phasenänderung bei der Reflexion an Endmaßen aus Stahl gemessen, wobei eine gute Übereinstimmung der gemessenen mit den berechneten Werten erzielt wurde. Bei Endmaßen aus Keramik wurde die Phasenkorrektur aus der Differenz der Messergebnisse mit dem Prototyp und dem INKO5 abgeschätzt und mit der Stack-Methode gemessen. Die Ergebnisse der ermittelten Phasenkorrektur stimmen gut mit denen in der Literatur überein. Die gut erzielten Ergebnisse des beidseitig antastenden Interferometers sind eine gute Basis für die Weiterentwicklung des Prototyps in einer temperaturstabilisierten Vakuumkammer, wie es beim Präzsionsinterferometer der PTB [52, 53].der Fall ist.

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Abdelnaser, Amany Abdelaty Mohammed: Development of a Double-Ended Gauge Block Interferometer for Measurement of the Absolute Length. 2012.

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