Near-monochromatic light sources such as He-Ne or diode lasers are widely used for interferometric measurements of precision surface profiles. Their high degree of temporal and spatial coherence allows positional flexibility in aligning the test optics, but also causes several problems such as phase ambiguity and parasitic fringes. A method of coping with this problem is to use a source of wide-band spectrum such as white light from incandescent lamps, whose low temporal coherence enables to perform absolute type measurements. Despite the basic advantage of low temporal coherence interferometry, the use of white light is restricted because it requires the equal-path and symmetric configuration owing to its low temporal and spatial coherence. These are the reason why the use of low-coherence interferometry is restricted to only micro-scale surface characterization. In view of the temporal and spatial coherence discussed so far, ultra-short pulse lasers excel other sources in that they provide low temporal coherence while maintaining high spatial coherence. We discuss two possibilities of using femtosecond pulse lasers as a new interferometric light source for enhanced precision surface profile metrology. First, a train of ultra-fast laser pulses yields repeated low temporal coherence, which allows performing unequal-path scanning interferometry that is not feasible with white light. Second, high spatial coherence of femtosecond pulse lasers enables to test large size optics in non-symmetric configurations with relatively small size reference surfaces. These two advantages are verified experimentally using Fizeau and Twyman-Green type scanning interferometers.
헬륨네온 레이저나 다이오드 레이저와 같은 단색광 레이저는 정밀한 표면의 형상을 측정하는데 널리 사용되고 있다. 이들의 높은 시간 및 공간결맞음성은 간섭계를 구성하는데 있어서 큰 유연성을 제공하는 장점을 가지고 있으나 반면에 위상모호성 및 기생간섭무늬 등의 문제점 또한 동시에 발생하게 된다. 이와 같은 문제점들을 극복하는 하나의 방법은 백열광원 등의 광대역 광원을 사용하는 것으로, 이 경우 광원의 낮은 시간결맞음성으로 인해 간섭무늬는 기준부와 측정부의 광경로차가 거의 0에 근접할 경우에만 발생하게 되어 상기의 문제점들을 해결할 수 있다. 이러한 장점에도 불구하고 대영역 형상측정에서의 백색광의 사용은 극히 제한되고 있는 실정으로 그 이유는 광원의 극히 낮은 시간 및 공간결맞음성으로 인해 동일 광경로 및 대칭 조건이 만족될 경우에만 간섭무늬가 형성되기 때문이다. 이상의 관점에서 볼 때 펨토초 레이저는 높은 공간결맞음성을 유지하면서도 낮은 시간결맞음성을 가지고 있어 대영역 형상측정용 저결맞음 간섭계를 구성하는데 있어 매우 적합한 광원이다. 본 연구에서는 정밀형상측정에서 새로운 간섭광원으로서의 펨토초 레이저의 두 가지 가능성에 대하여 논하였다. 첫 번째, 극단초 펄스열은 주기적인 시간결맞음 함수를 가지고 있고 이에 따라 기존의 백열광원으로는 불가능하였던 비동일 광경로 주사간섭계를 구성할 수 있다. 두 번째로, 펨토초 레이저의 높은 공간결맞음성은 비대칭적인 간섭계 구성을 가능하게 하여 상대적으로 작은 기준면을 가지고도 큰 면적의 형상을 측정할 수 있다. 이와 같은 두 가지의 장점은 피죠 및 트와이만-그린 형식의 주사간섭계를 통하여 실험적으로 검증되었다.
