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Ü B E R S I C H T    
Alois Erstellt am: 23.02.2014 : 20:41:33 Uhr
Liebe Mikrorauheitsforscher.

Lange hat es gedauert, es war ja sehr viel Arbeit daran, aber jetzt ist es so weit, dass ich euch einen Erlebnisbericht schreiben kann.
Die Idee, den Lyot-Test mit einem Phasenkeil zu optimieren, ist derart überzeugend, dass ich bis jetzt unnachgiebig daran gearbeitet habe.
Der Grund war die Hoffnung, man könne damit bei jeder Dichteplatte die noch nicht ganz erreichte Lambda/4 Bedingung optimal einstellen.
Diese Erwartung hat Rainer gut geschildert:

„Mit dem von Michael auf Seite 3 verlinkten Rechner und den angegebenen Werten komme ich für 500nm Wellenlänge auf N = 2916 und eine Phasenverschiebung von 123° . Leider ist die Kurve bei 500nm recht steil .
Das tatsächliche N für eine Wellenlänge kann man zum Glück ausmessen .
Bleibt noch die Phasenverschiebung . Addiert man zu einem Einheitsvector von +90° einen weitereren Einheitsvector von +110° ergibt das einen Vector der Länge 1,97 . Hier wirkt sich der Winkelfehler kaum aus . Addiert man zu +90° -110° , bleibt ein Vector von ca. 0,34 (sin 20°) übrig ,statt Null bei -90° . Genaue Messungen ohne exakte Phase sind danach nicht möglich .

Ohne Phasenkeil ist das erste Verfahren von Lyot die "direkte Untersuchung der diffraktierten Welle " (Megathread Seite 34) möglicherweise für die Ermittlung der RMS Fehler auch nicht ungenauer wier messen mit ungenauer Phase und N .
Gruß Rainer
Ideal wäre der Lyotsche Phasenkeil den Alois in Arbeit hat , weil man damit die Phase unabhängig von der Dichte verändern kann .
Ändert man die Phasenverschiebung von +90° auf -90° oder was das gleiche bewirkt auf + 270° kehrt sich nur bei allen Strukturen die keine Phaseninversion erzeugen hell - dunkel um . Gruß Rainer „


Also habe ich zuerst einmal einen transparenten Probephasenkeil poliert mit ein wenig mehr als 4 Lambda Phasenverschiebung, um sicher zu sein.
Damit ich alles selbst probieren kann, was ich brauche.
Hier der erste Phasenkeil:
Bild 1



Gemessen habe ich ihn in Autokollimation, indem ich ihn in den parallelen Strahlengang zwischen dem Parbolspiegel ganz nahe vor den Planspiegel gestellt habe.
Im rechten Teil kann man sehen, dass ein wenig mehr als 4 Lambda Verschiebung möglich ist.
Also müsste beim Durchschieben die Wirkung der Phasendrehung viermal sichtbar sein.

Nun kommt ganz spannend die erste Messung in der Erwartung dass ich jetzt alles sehen kann was Rainer beschrieben hat.
Mit großem Staunen musste ich feststellen, dass die Lambda/4 Schritte nicht erkennbar waren, und sich statt dessen eine kontinuierliche Kontrastabschwächung
zeigte, die je nach Rauigkeit auf einer Verschiebung von 2 bis 3 Lambda den Kontrast verschwinden lässt.
Auch sind die Ripple nicht stehen geblieben, sondern an der Fläche weiter gewandert.
Jetzt musste ich überlegen wie ich euch das sichtbar machen kann. Diesmal habe ich wiederum das große Glück einen passenden Astrokollegen
In meiner Nähe zu haben. Diesmal war es Philipp Salzgeber in Wolfurt.
Er hat mir zugesagt, dies mit einer gif Animation zu machen und dies sogar mit einen Ausschnitt damit die Ripple groß genug zu sehen sind.
Es ist mein 18“ f/5 Spiegel in Autokollimation.
Hier das Gesamtbild mit den ausgesuchten Feldern.

Bild 2



Hier die Animation 1:
Bild 3




Und hier die Animation 2:
Die haben wir dazu genommen, weil hier rechts unten ein deutliches Artefakt zu sehen ist:

Bild 4



Auf der Suche dennoch eine Lambda/4 Wirkung zu finden, habe ich Philipp gefragt ob es eine Möglichkeit gibt, ein Hintergrundbild herauszulesen.
In der Hoffnung dort eine regelmäßige Wellenstruktur zu sehen die bei den Schritten eine schwache Verstärkung oder Abschwächung bewirken.
Auch das ist Philipp gelungen. Dafür möchte ich ihm hier auch in euren Namen herzlich danken.
Der Hintergrund sieht wohl eher wie ein Reflexbild aus, das von der Rückseite des Phasenkeils kommen kann.
Die anderen Artefakte werden wohl von der Übertragungsoptik kommen: Vom Betrachtungsfernrohr und den vielen Linsen des Zoomobjektivs der Kamera.
Auch die Mikrorauheit vom Planspiegel ist hier dabei. Allerdings nur mit einfacher Wirkung.

Bild 6



Um die Artefakte zu reduzieren, suchte ich eine andere Kamera und machte die Messung aus dem Krümmungsmittelpunkt.
Als Kamera bekam ich leihweise von Guntram die Nikon D80. Als Objektiv verwendete ich einen Achromaten mit passender Brenweite.
Somit konnte ich formatfüllend und mit wenig Artefakten Aufnahmen machen.
Jedoch war bei der Messung im CoC die sphärische Aberration zu groß, und ich konnte nicht nahe genug an die Dichtekante herankommen, ohne Störlicht zu bekommen.
Bei 0,3 mm Abstand jedoch wäre es gegangen. Aber da waren die Ripple zu klein, um hier etwas zeigen zu können.
Glücklicherweise habe ich auch einen 250mm f/5 von einem Hobbyschleifer, dessen Polierschale zu hart war und dessen Politur genügend grob ist.
Nun ist auch dieser zum Übungsobjekt geworden.
Hier die ganze Fläche mit der Ausschnittsmarkierung:

Bild 7



Und hier die Animation.
Man sieht ganz deutlich, dass ab 2 Lambda Phasenverschiebung der Kontrast schwächer wird.
Um eine eventuelle Verstärkung oder Abschwächung zu erkennen, habe ich Lambda /4 Schritte gewählt.

Bild 8



Und hier das vollflächige Hintergrundbild:

Bild 9




Mir erschließt sich daraus, das der Lyot-Test nicht auf die Lambda/4 Phasen reagiert, sondern statt dessen eine Reaktion auf die Weglängendifferenz zeigt.
Also musste ich einen neuen Phasenkeil machen, der mir beide Möglichkeiten zeigen kann.
Da habe ich auf meiner 100mm großen, 1,93 mm dicken Planparallelscheibe noch eine 64,8 mm lange Kante mit Dichte 2,3 gefunden.
Sie ist nicht ganz schön gerade weil es noch keine gezielte Abdeckung war, aber für die Grundlagenermittlung ist sie gut genug.
Ich habe sie ausgeschnitten, und auf der Rückseite den Phasenkeil poliert. Da der Phasenkeil bei beiden Teilen gleich stark ist, habe ich auf dieser Kante keine Weglängendifferenz, sondern nur auf der Dichteseite die gewünschte angepasste Lambda/4 Phase, die sich dann bei jeder ganzen Phasenverschiebung wiederholen müsste.

Dieser Phasenkeil sieht unter dem Interferenzkomparator im parallelen Licht, wo die Vorderseite mit der Rückseite interferiert, so aus:

Bild 10



Mit diesem Keil kann ich an der Kante auch mit anderen Dichteplatten Tests machen. Versuche haben ergeben, dass die Weglängendifferenz stimmen muss. Daher habe ich zusätzlich noch eine Platte planparallel poliert, die um ein Lambda Phasenverschiebung dünner ist, damit der Phasenkeil immer die optimale Stelle finden kann. Somit ist die Nullstelle gesichert.
Dazu Bild: 11



Und hier dieser Phasenkeil im parallelen Strahlengang der Autokollimation kurz vor dem Planspiegel:

Bild 12



Und hier die dazugehörende Animation 1
Die kleinen Wacklizitäten kommen nur von meiner noch nicht so perfekten Zustellung, die ich wegen der nicht ganz geraden Linie machen musste.

Bild 13



Die Animation 2 Bild 14



Und das dazugehörende Vollbild mit den markierten Ausschnitten.

Bild 15




Da hier keine deutliche Kontrastverstärkung und Abschwächung innerhalb einer ein ganzes Lambda Phasenverschiebung sichtbar ist,
ist erwiesen, dass der Lyottest nicht an die Lambda/4 Phase an der Dichteplatte gebunden ist.

Nun begann ich zu suchen, ob anderweitig eine Lambda/4 Reaktion zu finden ist. Deshalb habe ich die Aufnahmen bewusst in Lambda/4 Schritten gemacht.
Da war zunächst einmal nichts deutliches zu finden, bis ich einen Fall hatte bei der die Grundplatt so stak abweichend war dass ich gerade
noch was sehen konnte. Um ihre Abweichung besser kontrollieren zu können verwendete ich monochromatisches Licht und siehe da ist
die Toleranz für die Weglängendifferenz noch viel größer, aber nicht unendlich. Weil bei 0,1 mm Dickendifferenz auch hier nichts mehr zu sehen ist.
Da war auch der Kontrast besser, weil er nicht mehr von den anderen Wellenlängen überlagert wurde. Das stellte sich auch als Grund für die längere Weglängendifferenz heraus.
Somit konnte ich auch die Bewegungsschritte besser kontrollieren.
Das erforderte eine Verbesserung der Phasenkeilschiebeeinrichtung. Dabei ist es mir gelungen, diese Teile so genau zu machen, dass ich mit dem Hauptstrahlrand bis auf 0,03 mm an die Dichtekante heranrücken konnte, und somit auch große Ripple sichtbar wurden.
Das war eine gute Möglichkeit, die Lambda/4 Schritte zu kontrollieren. Man braucht nur den Mauszeiger auf einer gewünschten Stelle stehen lassen . Zum Beispiel an einer dunklen Stelle, dann sieht man dass beim Durchwandern nach 2 Schritten dort der helle Teil ist und nach 2 Schritten wieder eine dunkle Stelle dort zu liegen kommt.
Daraus ist zusätzlich zu erkennen, dass die Breite der Ripple auch immer einer Phasenverschiebung einer Wellenlänge entspricht.
Siehe hier diese Animation im monochromatischen Licht. Die großen Ripple kommen von jener Stelle, deren Strahlen auf Grund der sphärischen Aberration auf 0,03 mm nahe zur Dichtestreifenkante kommen.

Bild 16




Das ganze Bild mit Ausschnittmarkierung: Bild 17





Hintergrund Vollbild: Bild 18



Hintergrund Ausschnitt: Bild 19



Dass die Breite der Ripple auch immer einer Phasenverschiebung von einer Wellenlänge entspricht, ist auch bei
dieser Animation zu erkennen:

Bild 20



Hintergrund Vollbild kleine Ripple: Bild 21



Hintergrund Ausschnitt kleine Ripple: Bild 22



Und hier noch ein Bild, welches das Verhalten der verschiedenen Wellenlängen zeigt:

Bild 23



Aus den vorigen Animationen ist zu erkennen das die Schritte der Größe der Ripple entspricht.
Große Ripple große Schritte, kleine Ripple kleine Schritte und das ein Rippleabstand 1 Lambda Phasenschritt entspricht.
Dies könnte möglicherweise auch eine brauchbare neue Grundlage werden.
Im Vorigen Bild 11 ist zu sehen das die kurzen Wellen kleinere Ripple haben als die langen Wellen.
Das müsste sich auch bei der Weisslichtanimation sichtbar machen.
Also habe ich das auch noch gemacht. Habe die Position gewählt wo die Ripple groß sind damit man das besser verfolgen kann.
Wenn man genau beobachtet sieht man dass von Phase +0,75 bis +- 0,00 die Farbverschiebungen geringer werden
und bei den Schritten in den Minusbereich immer mehr verschoben werden, wobei die langwelligen Farben die größeren Schritte machen.
Sehr deutlich sieht man dies bei Phase - 0,50 bis – 1,50 wo rot nach rechts wandert und blau links davon zum Vorschein kommt..

Dazu die Animation Bild 24



Die Gesamtfläche mit Ausschnittmarkierung Bild 25




Nochmals vielen Dank an Philipp Salzgeber für die Erstellung der Animationen und deren Hintergrundbilder.

Viele Grüße
Alois
D I E    15   L E T Z T E N    A N T W O R T E N    (Neue zuerst)
Kurt Erstellt am: 14.04.2014 : 20:32:40 Uhr
Hallo, Rainer, hallo Alois, liebe Mitleser,
Zitat:
Original erstellt von: rainer-l

Hallo Alois

"Ich bekomme immer mehr den Eindruck das die Lambda 1/4 Phase als Kontrastbedingung nicht zutrifft ."
Da hast Du sicher Recht . Lambda 1/4 Phasenunterschied zwischen 0. und 1. Ordnung ist nur eine Bedingung damit die einfache Lyotformel quantitativ gilt . Die zweite Bedingung ist das die Höhenfehler sehr klein sind . Trifft eine dieser Bedingungen nicht zu , wird die Berechnung etwas aufwendiger . Das wird uns bei der kalibrierung des Verfahrens wahrscheinlich noch beschäftigen.
Deshalb bin ich auch schon auf deinen glatten sphärischen Spiegel gespannt .

Viele Grüße Rainer


das sehe ich genauso. Meine Bilder 1,3 und 5 zeigen keine kleinen Höhenfehler, denn man kann sie mühelos auch mit Foucault darstellen. Selbstverständlich wäre die reproduzierbare Quantifizierbarkeit derartiger Fehler ohne den Aufwand hoch auflösender Interferometer ein praktischer Gewinn. Da schätze ich die Chancen für die Lyot-Messung höher ein als für die Foucaultmessung. Anderseits, wenn nach sorgfältiger Pechpolitur ein hoch aufgelöstes Foucault- Bild keine Unregelmäßigkeiten mehr zeigt dann sich auch die Lyot- Messung sparen. Hier noch mal ein Beispiel für ein hoch aufgelöstes Foucault-Bild zu dem Prüfling gemäß meinem Lyot- Bild 4

Bild 6

Hier brauch ich nur zu wissen dass man mit einen harten Minitool keine hinreichend glatte Flächen produzieren kann und brauch auch keine Lyot- Messungen- oder Tests mehr.

Um Missverständnissen vorzubeugen, mit diesem Beitrag möchte ich keinesfalls den Wert der hervorragend dokumentierten Arbeit von Alois schmälern. Ich bin sehr gespannt darauf was er noch an experimentellen Details zum Thema Phasenkontrast bringen wird.

Gruß Kurt

Edit: Tippfehler
rainer-l Erstellt am: 14.04.2014 : 18:08:35 Uhr
Hallo Alois

"Ich bekomme immer mehr den Eindruck das die Lambda 1/4 Phase als Kontrastbedingung nicht zutrifft ."
Da hast Du sicher Recht . Lambda 1/4 Phasenunterschied zwischen 0. und 1. Ordnung ist nur eine Bedingung damit die einfache Lyotformel quantitativ gilt . Die zweite Bedingung ist das die Höhenfehler sehr klein sind . Trifft eine dieser Bedingungen nicht zu , wird die Berechnung etwas aufwendiger . Das wird uns bei der kalibrierung des Verfahrens wahrscheinlich noch beschäftigen .
Deshalb bin ich auch schon auf deinen glatten sphärischen Spiegel gespannt .

Viele Grüße Rainer
rainer-l Erstellt am: 14.04.2014 : 12:26:34 Uhr
Hallo Kurt , hallo Mitleser

Bei meiner "Speculation" war ich davon ausgegangen , das der Bereich links und rechts vom Dichtestreifen identisch ist . Deine Mahnung zur Vorsicht ist also angebracht .
Die Phasenverschiebung ins Glas zu polieren , ob nun wie Alois in Keilform oder wie Du mit Rillen ist eine anspruchsvolle Methode für Experten . Das Ergebnis kann sich jedenfalls sehr gut sehen lassen .

Zitat von Dir "Nach meiner Schätzung bekommt man beim Kanten und Steifenfilter die gleichen Bilder und X(rms) Resultate wenn
a) Filterdichte und Phasenverschiebung gleich und
b) der Abstand des Spaltbildes auf dem Kantenfilter 1/2 Streifenbreite beträgt " .
Das würde ich auch so erwarten .

Viele Grüße Rainer
Alois Erstellt am: 14.04.2014 : 12:15:28 Uhr
Hallo Kurt

Da hast du dir viel Arbeit angetan und gute Bilder gemacht.
Jedoch sind die Rillen so tief dass dabei wieder die Schattenprobe zum Vorschein kommt was Rainer zu zweierlei Überlegungen gebracht hat.
Aber eine Messung mit deinen “ Amateur-Sub-Apertur-Interferometer“ einmal auf den Streifen und einmal auf der unbearbeiteten
Fläche daneben könnte hier viel Aufschluss bringen.
Auf dein „Amateur-Sub-Apertur-Interferometer“ lege ich großen Wert weil es viel weniger Arteffakte hat
als wie die Messungen mit Bath oder Michelson Interferomter. Das kommt bei so kleinen Abweichungen sehr stark zu Tragen.

Viele Grüße
Alois
Alois Erstellt am: 14.04.2014 : 11:54:52 Uhr
Hallo Rainer.

Auf dem Bild des Versuchsaufbaus ist nicht zu sehen ob bzw. was Du zur (zusätzlichen) Einstellung der Phase machst .
Wenn der Phasenunterschied nur durch die Dichteschichten der Scheiben
hervorgerufen wird , kann er bei unterschiedlicher Dichte nicht konstant sein . Dies erschwert dann die Interpretation der Bilder .


Ich bekomme immer mehr den Eindruck das die Lambda ¼ Phase als Kontrastbedingung nicht zutrifft.
Weil dann hätte bei den Animationen, bei den 4 Lambda verschoben wurde auch viermal eine Kontrastverstärkung und Abschwächung vorkommen müssen.

Einzige Unstimmigkeit ist für mich der Unterschied von Bild 59 zu Bild 60 . Da bei Bild 60 einige Strukturen kaum sichtbar sind scheint mir dieses Bild nicht so optimal zu sein .

Ja da hast du recht. Bei Bild 60 habe ich nicht ganz genau den selben Abstand erwischt. Dazu müsste ich mir die Messeinrichtung lateral noch
besser einrichten und dazu fehlte mir einfach die nötige Zeit. Daher dient es nur merheitlich nur den Kontrastunterschied zu zeigen.

Eine ungestörte Welle 1.) gibt es in meinem Beispiel aber auch nicht annähernd . Nehmen wir an , daß die Höhenfehler der Rillen Phasenfehler (ausschließlich) der 0. Ordnung erzeugen , so ergibt sich :
Lambda/20 = 18° , sin(18°) = 0,31 und da die Tangente in beide Richtungen kippt +-0,31
Bei einem Fehler von Xpv = 2nm ergibt sich +- 1,3° und ein Sinuswert von +- 0,02 . Diese Rillen wird man im Foucaultbild wohl nicht mehr sehen können .
Dies würde bedeuten , das die Lyotformel nur dann korrekte Werte liefert , wenn der Spiegel im Foucaultest glatt ist .


Da bin ich gerade dabei einen geeigneten Spiegel zu finden.
Einen kleinen habe ich bereits und da musste ich feststellen das der Radius auch eine sehr große Rolle Spielt.
Diese Messangelegenheit scheint auch noch sehr Winkelabhängig zu sein. Daher wird es in der Formel, nebst der Dichte
auch noch die Angaben für den Radius und den lateralen Abstand, beziehungsweise die Streifenbreite brauchen.

Viele Grüße
Alois

Kurt Erstellt am: 13.04.2014 : 10:23:39 Uhr
Hallo Rainer, liebe Mitleser,

vielen Dank für deine Interpretation. Ich muss aber vorläufig noch zur Vorsicht raten. Die Qualität meines Silberfilters bezüglich Phasenverschiebung ist nämlich herstellungstechnisch bedingt nicht so genau spezifizierbar.

Bild 3


Die Silberschicht allein bringt nur eine verschwindend kleine Phasenverschiebung. Deshalb hab ich durch Politur mit einem besonders harten Tool (20 Striche mit einem angeschäfteten Zahnstocher) etwas nachgeholfen. Das geht naturgemäß nicht so exaktgenau wie mittels Vacuumbedampfung einer zusätzlichen trasparenten Schicht. Die Bilder zeigen aber zumindest näherungsweise wo es lang geht. Nach meiner Schätzung bekommt man beim Kanten- und Streifenfilter die gleichen Bilder und X(rms) Resultate wenn

a) Filterdichte und Phasenverschiebung gleich und
b) der Abstand des Spaltbildes auf dem Kantenfilter 1/2 Streifenbreite beträgt.

Zur Abklärung könnte man mit dem von Alois bei seinen früheren Versuchen genutzten gestuften Streifenfilter ähnliche Versuche zur Quantifizierung Kanten <=> Streifenfilter wiederholen.

Zum Schluss noch ein Beispiel mit einem ganz anderen Prüfling, allerdings nur mit obigem Streifenfilter. Das ist der de ich schon bei meinen Versuchen zum ASAI durch Einsatz eines Minitools lokal misshandelt hatte.

Bild 4


Man sieht hier andeutungsweise „lange Wellen“ wenn das Spaltbild auf dem Streifen nahe dem Streifenrand liegt.

Gruß Kurt

PS.: hab doch noch einer Bildserie mit obigem Prüfling und Kantenfilter gefunden. Leider sind mir die Original- RAW verloren gegangen, so dass ich hier keine X(rms)- Auswertung mehr machen kann.

Bild 5
rainer-l Erstellt am: 12.04.2014 : 23:04:27 Uhr
Hallo Kurt , hallo allerseits

Da hast Du wieder super Bilder gemacht . Der Einfluß des Kantgenabstands in Bild 1 ist so gut demonstriert , das könnte man in einem Physikbuch bringen .
Noch interessanter finde ich Bild 2 .
Der gelb markierte ausgewertete Bereich ist bei Bild 2:A,B,C,D ähnlich .Der Bereich am Rand mit den langen Wellen wird dagegen unterschiedlich dargestellt . Bereiche die in Bild A dunkel sind , werden in Bild D hell dargestellt . Um Phaseninversion kann es sich nicht handeln , denn außer dem Kantenabstand wird nichts variert .
Vermutlich handelt es sich um einen Foucaulteffekt .
Beim Streifenfilter gibt es zwei Kantenabstände , den linken und den rechten Kantenabstand . Für die langen Wellen wirksam ist der kurze Abstand .Wenn er bei Bild A auf der linken Seite liegt , liegt er bei Bild D auf der rechten Seite .
Für den Lyottest sollte es egal sein ob das ungedämpfte Licht links oder rechts vom Dichtestreifen vorbei geht . Anders beim Foucaultest wo es es für die hell/dunkel Darstellung darauf ankommt von welcher Seite die Schneide kommt .
Die links/rechts Kantenabstände in Bild zwei sind :
A : o,o8 / 0,27
B : 0,16 / 0,19
C : 0,24 / 0,11
D : 0,32 / 0,03
Das würde zu der Speculation "Foucaulteffekt" passen .

Gruß Rainer
Kurt Erstellt am: 11.04.2014 : 22:18:18 Uhr
Hallo Miteinander,

da es nun in Richtung Quantifizierung der Rauheit geht kann ich auch etwas beitragen.

Als Erstes hat mich interessiert wie denn die Unterschiede der X(rms) zwischen Kanten- und Streifenfilter aussehen wenn man die Formel von Horia anwendet. Dazu hab ich mir ein chemisch mit Silber belegtes Steifen- Kantenfilter mit 0,4 mm Streifenbreite gestrickt. Die Dichte kann man ja gut fotografisch bestimmen, hier N=33 entsprechend ND 1,5. Die Phasenverschiebung hab ich nicht gemessen. Deshalb kann man nur relative X(rms) angeben.

Bild 1


Ausgewertet wurde jeweils der gelb markierte Bereich. Man sieht ähnlich wie bei Bild 52,54,56 und 58 von Alois dass die gröberen Strukturen mit wachsendem Abstand des Spaltbildes von der Kante verschwinden. Demensprechend werden die X(rms) erheblich geringer. Man sieht auch sehr deutlich dass die langen, scheinbar flachen Wellen in Teilbild A links von den Rillen bereits bei Wechsel auf Kantenabstand 0,1 mm völlig unterdrückt werden. (Der Versuch zur Messung der Rillentiefe mittels ASAI ist beabsichtigt).

Bild 2


Hier wurde derselbe Prüfling mit dem Streifenfilter analysiert. Die Teilbilder A, B und C ähneln offensichtlich sehr den beiden Teilbildern A und B in Bild 1.

In Bild 2 sind bei allen 4 Teilbildern die X(rms) praktisch gleich. Daraus kann man schließen dass die Position des Spaltbildes auf dem Streifen relativ unkritisch ist. Das gilt selbstverständlich nur für relativ schmale Streifen sofern das Spaltbild nicht genau auf der Streifenkante liegt und vorsichthalber nur für Prüflinge ohne merkliche sphärische Aberration im RoC- Setup. Sehr wahrscheinlich würde es bei Parabolspiegeln im AC-Setup sowie mit passender Kompensationslinse in RoC ähnlich aussehen.

Gruß Kurt
rainer-l Erstellt am: 10.04.2014 : 12:56:32 Uhr
Hallo Alois !

Mit den gegeneinander gedrehten Dichtescheiben hast Du die variable Einstellung der Dichte perfekt gelöst . Die Summe der Dichten beider Scheiben ist über das ganze Fenster gleich .
Auf dem Bild des Versuchsaufbaus ist nicht zu sehen ob bzw. was Du zur (zusätzlichen) Einstellung der Phase machst .
Wenn der Phasenunterschied nur durch die Dichteschichten der Scheiben
hervorgerufen wird , kann er bei unterschiedlicher Dichte nicht konstant sein . Dies erschwert dann die Interpretation der Bilder .
Deine Bilder zeigen allerdings geradezu lehrbuchmäßig wie sich der Kontrast und die Strukturen mit der Dichte und dem Kantenabstand verändern . Einzige Unstimmigkeit ist für mich der Unterschied von Bild 59 zu Bild 60 . Da bei Bild 60 einige Strukturen kaum sichtbar sind scheint mir dieses Bild nicht so optimal zu sein .
Die Streifenbreite von 0,5mm bei David Vernet entspricht einem Kantenabstand von 0,25mm . Da seit Ihr nicht weit auseinander . Ein indirekter Zusammenhang zwischen der zweckmäßigen Dichte und dem Kantenabstand ist dadurch gegeben ,das die kleinen lateralen Fehler meistens (wahrscheinlich) nur kleinere Höhenfehler haben .Um Diese sichtbar zu machen braucht es dann eine höhere Dichte (Meßverstärkung)und einen hohen Kantenabstand zum Abschneiden der "gröberen Fehler" .
Viele Grüße Rainer
Alois Erstellt am: 01.04.2014 : 22:01:03 Uhr
Hallo Horia und Rainer und Teilnehmer

Dies würde bedeuten , das die Lyotformel nur dann korrekte Werte liefert , wenn der Spiegel im Foucaultest glatt ist .

Ja so denke ich auch und ich werde schauen ob ich für diese Untersuchung eine passende sphärische Spiegelfläche finde.
Sphärisch deshalb, damit wir klarere Verhältnisse haben und mit weniger Parametern auskommen. Wie aus den folgenden Bildern zu erkennen ist.
In einen Telefonat berichtete mir Sebastian Debruyne von runden Scheiben mit verlaufender Dicht von 0 bis 2 die im Handel erhältlich sind.
Das fand ich sehr interessant und er hat auf meinen Wunsch hin, mich mit 2 Stück unterstützt.
Diese Scheiben haben am Rand der Dämpfungsschicht eine scharfe Kante und daneben noch 2.5 mm transparenten Freiraum.
Da aus neuen Erfahrungen das wichtige Streulicht kaum breiter als 1 mm ist, konnte ich diesen mehr als genügend großen Freiraum
für die nahfolgenden Beispiele gut nützen.
Bild Nr. 40


Diese 2 Scheiben habe ich mit einen Nutring versehen und gegenseitig mit der Schichtseite bis auf 0,02 mm Luftabstand zusammen gelegt.
Der Antrieb geht über einen regelrecht und einen gekreuzt laufend Zwirnfaden.

Bild Nr. 41



Und nun die Ergebnisse der verschiedenen Dichten. Ich habe diese Bilder noch mit diesen groben Spiegel gemacht damit man sie
noch mit den bisherigen Bildern besser vergleichen kann.

Dichte 1,9 Bild 42




Dichte 2,4 Bild 43



Dichte 2,9 Bild 44



Dichte 3,4 Bild 45



Dichte 3,9 Bild 46



An dieser Stelle muss ich mich selber gegenüber einer früheren Aussage korrigieren.

Habe am: 20.12.2013 : 14:26:24 Uhr an David Vernet geschrieben Seite 7
Das sich die Höhenfehler im Kontrast zeigen stimmt schon aber das gelingt auch bei Dichte 2 genauso. Bei Dichte 3 mus man halt länger belichten und wenn richtig belichtet wird kommt der selbe Kontrast zustande.


Das stimmt also nicht mehr so ganz.
Das war mehr der visuelle Eindruck und da waren in der Dunkelhit die Augen nicht mehr in der Lage den vollen Kontrastumfang zu erkennen. Den Fotographischen Beweis habe ich damals nicht so gut machen können wie mit der neuen Kamera von heute.

Bei den jetzigen Übungen ist mir aufgefallen das bei größeren Lateralabständen nicht nur die Ripple kleiner werden
sondern dass dabei auch der Kontrast schwächer wird. Als möglichen Grund finde ich die durch den Dämpfungsteil mehr
abgedeckte Streulichtmenge an den die Dichte wiederum neu angepasst werden soll.
Es ist nicht nur der mittlere Spaltabstand die Bedingung, sondern auch die Abstände der nähest und weitest entfernten Lichtstrahlen.
Deshalb habe ich auch deren Abstände gekennzeichnet.

Dazu die Beispiele.
Mittlerer Spaltabstand 0,06 mm Dichte 2,4 Bild 47



Kontrast Ergebnis Bild 48



Mittlerer Spaltabstand 0,08 mm Dichte 2,4 Bild 49



Kontrast Ergebnis Bild 50



Mittlerer Spaltabstand 0,11 mm Dichte 2,4 Bild 51



Kontrast Ergebnis Bild 52



Mittlerer Spaltabstand 0,18 mm Dichte 2,4 Bild 53



Kontrast Ergebnis Bild 54



Mittlerer Spaltabstand 0,26 mm Dichte 2,4 Bild 55



Kontrast Ergebnis Bild 56



Mittlerer Spaltabstand 0,34 mm Dichte 2,4 Bild 57



Kontrast Ergebnis Bild 58



Und hier das selbe bei Dichte 2,9
Mittlerer Spaltabstand 0,34 mm Dichte 2,9 Bild 59



Und hier bei Dichte 3,15
Mittlerer Spaltabstand 0,34 mm Dichte 3,15 Bild 60




Ich habe bei den letzten 2 Bildern die Dichte noch nicht ganz genau getroffen das bräuchte noch viel mehr Zeit zum
Probeaufnahmen machen. Weil man sieht es erst dann genau, wenn die Bilder nebeneinander zu sehen sind.
Daher ist der Kontrast beim Bild 59 mit Dichte 2,9 ein wenig schwächer und beim Bild 60 mit Dichte 3,15 ein wenig stärker
als im Bild 48 mit Dichte 2,4.

Das erklärt auch warum David Vernet bei Streifenbreite 0,5 mm mehr Dichte braucht als ich bei Streifenbreite 0,3 mm.
Und das zeigt auf, dass Dichte und Abstand in einen Zusammenhang stehen.

Viele Grüße
Alois

rainer-l Erstellt am: 23.03.2014 : 23:09:25 Uhr
Hallo Alois hallo Horia

Vom Aufbau entspricht der Lyot-test fast dem Foucaultest .
Beim Foucaultest bewirkt schon das Abschneiden einer unterschiedlichen Menge von Licht 0.Ordnung die Intensitätsänderungen .
Um zu sehen ob dies auch den Lyot-test beeinflußen kann , habe ich ein Beispiel gerechnet :
Ein sphärischer Spiegel habe als Fehler parallele Rillen in Dreieckform , also mit geraden Flanken bei konstanter Steigung .
Wellenlänge lambda = 550nm = 0,55µm
Periodenlänge = g = 5,5mm = 5500µm
Fehlerhöhe Xpv = lambda/20 = 0,0275µm
Krümmungsradius = R = 2400mm
Öffnungsverhältnis ROC = 10
Radius Beugungsscheibe p = 6,7µm

Die Steigung der Flanken : +-tan(A) =X/(g/2)

transversale Ablenkung +-u = R * 2 * tan(A) = 0,048mm

notwendiger Kantenabstand u+p = 55µm = 0,055mm
notwendige Streifenbreite 2*(u+p) = 0,110mm

Wenn man diese Werte einhält , geht alles Licht 0.Ordnung durch die Dichteschicht und wird damit anders wie bei Foucault gleichmäßig abgeschwächt .
So läßt der "Foucaulteffekt" beim Lyot-test nicht erklären .
Bleibt noch die Phase der 0.Ordnung .
In der Herleitung der Lyotformel (Übersetzung von Rolf) steht :
"Wir können die deformierte Welle als das Ergebnis der beiden folgenden Wellen betrachten :
1.) Eine sphärische Welle , die ihre mittlere Fläche darstellt und die die gleiche Amplitude A in allen Punkten hat .
2.) Eine sphärische Welle in 90° zu der Ersten ,deren Amplitude A' viel schwächer ist und von einen Punkt zum anderen variiert , proportional zum Abstand zwischen der deformierten Welle und der mittleren Fläche" .

Eine ungestörte Welle 1.) gibt es in meinem Beispiel aber auch nicht annähernd . Nehmen wir an , daß die Höhenfehler der Rillen Phasenfehler (ausschließlich) der 0. Ordnung erzeugen , so ergibt sich :
Lambda/20 = 18° , sin(18°) = 0,31 und da die Tangente in beide Richtungen kippt +-0,31
Bei einem Fehler von Xpv = 2nm ergibt sich +- 1,3° und ein Sinuswert von +- 0,02 . Diese Rillen wird man im Foucaultbild wohl nicht mehr sehen können .
Dies würde bedeuten , das die Lyotformel nur dann korrekte Werte liefert , wenn der Spiegel im Foucaultest glatt ist .

Soweit ist alles nur Speculation . Eine Herleitung , Korrekturechnung oder Experiment kann ich leider nicht liefern .

Gruß Rainer



rolf Erstellt am: 16.03.2014 : 12:47:19 Uhr
Ok, danke - auch im Namen aller für Deine ganze Arbeit!
Ist hier:
http://www.astrosurf.com/ubb/Forum2/HTML/039889-38.html
Gruß Rolf
Horia Erstellt am: 16.03.2014 : 12:16:06 Uhr
Hallo Rolf,

du hast es richtig bemerkt, es geht um Wände und nicht um Wendungen. Werde ich korrigieren.

Viele Grüße,
Horia
rolf Erstellt am: 16.03.2014 : 11:39:00 Uhr
Zitat:
Erhobene Bereiche der Wellenfront (Berge) werden heller, abgesunkene Bereiche (Täler) werden dunkler dargestellt. Die Seitenwenden werden als Verlauf hell-dunkel und dunkel-hell dargestellt. Graphisch:


Zitat:
In Gegensatz dazu werden in eine Foucault-Aufnahme alle flache Bereichen (sowohl Berge als auch Teller) gleich hell (mittelgrau), während Wände - in Abhängigkeit von der Steigungsrichtung (ab oder auf) - hell oder dunkel dargestellt werden. Das Foucaultbild reagiert ja auf Steigung. Simuliert, wobei hier die Schneide von links kommt:

Horia, ich würde gerne Deinen Beitrag korrekt übersetzen und stoße hier auf zwei Probleme:
Im ersten Teil mit den "Seitenwenden" und im zweiten Teil mit "Wände".
Ich nehme an, dass es sich in beiden Fällen um die diagonal verlaufenden abfallenden Linien handelt. Sind es nun Wenden (im Sinne von Wendungen von oben nach unten oder unten nach oben) oder Wände im Sinne von Wand?

Gruß Rolf
Horia Erstellt am: 14.03.2014 : 18:00:55 Uhr
Hallo Alois, hallo allerseits,

vielen Dank für die neuen Untersuchungen. Die bringen uns einen Schritt näher zum Verständnis der Bedingungen für ein gutes Lyot-Bild.

Zu den vorgestellten Bildern habe ich einige Anmerkungen:

1. Das Phasenkontrastverfahren erlaubt Phasenänderungen einer Wellenfront in Intensitätsänderungen umzuwandeln und somit diese sichtbar zu machen. Der Bezug Phasenänderung <-> Intensität soll linear sein, nach der Formel:



Erhobene Bereiche der Wellenfront (Berge) werden heller, abgesunkene Bereiche (Täler) werden dunkler dargestellt. Die Seitenwenden werden als Verlauf hell-dunkel und dunkel-hell dargestellt. Graphisch:



In Gegensatz dazu werden in eine Foucault-Aufnahme alle flache Bereichen (sowohl Berge als auch Teller) gleich hell (mittelgrau), während Wände - in Abhängigkeit von der Steigungsrichtung (ab oder auf) - hell oder dunkel dargestellt werden. Das Foucaultbild reagiert ja auf Steigung. Simuliert, wobei hier die Schneide von links kommt:



Lange Rede kurze Sinn:

Ich bin der Meinung, dass die Lyot Aufnahmen hier eine Mischung aus Lyot (insbesondere für die kürzeren Ortswellenlängen) und Foucault (insbesondere für die größeren Ortswellenlängen) sind. Der Foucault-Anteil ist durch die Anordnung, genauso wie der Lyot-Anteil, Kontrast verstärkt.

Hier nebeneinander ein Lyot und der dazu passende Ausschnitt aus dem Foucault Bild. Ich habe beide in Grau umgewandelt und das Foucault-Bild in Kontrast verstärkt:



2. Ich habe die einzelne Lyotbilder aus der Animation "Bild32", mit 1mm hohes Messfenster, und die aus der Animation "Bild36" mit 8,7mm hohes Messfenster mit der Formel:



bearbeitet, um den RMS-Wert der Wellenfrontfehler in Abhängigkeit von der Keilstellung zu ermitteln. Das Ergebnis:



Auf der Y-Achse ist der Wellenfrontfehler in nm RMS; auf der X-Achse ist die Phasenkeil-Position, in Schritte, zu lesen. Ein Schritt = Lambda/15. Der Verlauf zeigt eine eindeutige Abhängigkeit des Kontrastes von dem Phasenunterschied zwischen Dunkelkeil und Phasenkeil. Interessanterweise ändert sich diese Abhängigkeit mit der Fensterhöhe praktisch nicht.

Anderseits, fällt der Kontrast nie bis 0 (noch nicht mal annähernd). Das zeigt, dass die Anordnung keine reinen Phasenkontrast-Bilder produziert. Sie erfüllt nicht die Bedingungen die als Basis für die Festlegung der Lyot-Formel standen. Zu klären wäre, warum das so ist.

Viele Grüße,
Horia


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