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 Grundplatte für einfaches Interferometer

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Ü B E R S I C H T    
Martin-nrw Erstellt am: 05.05.2019 : 21:14:52 Uhr
Hallo Zusammen,

ich bin komplett neu hier und hoffe, dass ich im richtigen Unterforum bin. Wenn nicht a) Entschuldigung und b) bitte verschieben.

Es geht mir um folgendes: Ich habe für meinen Physikunterricht ein Michelson Interferometer aus sehr einfachen Bauteilen gebaut. Das funktioniert auch soweit ganz gut. Jetzt würde ich das Ganze gern für mehrere Einzelgruppen von Schülern aufbauen.

Jetzt habe ich die Sorge, dass bei einer normalen Kursgröße es einfach zu viel Bewegung im Raum gibt und die Interferometer auf den Schülertischen nicht gut genung gedämpft sind. Meine Idee ist nun die Interferometer auf einfache Granit- bzw. Betonplatten (aus nem Bauhaus) zu setzen und dort drunter diese Gummidämpfer anbringen:

https://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm?partnumber=RDF1

Leider hab ich keine Erfahrung ob das reichen wird oder es eine andere kostengünstige und einfache Lösung für mein Problem gibt.

In der Summe sollen die Gruppen ein gutes und hoffentlich auch stabiles Interferenzmuster sehen können. Möchte halt nicht, dass ein paar wenige sich bewegende Schüler reichen, dass niemand mehr ein Interferenzmuster sieht.

Über Anregungen, Idee und Kritiken wäre ich sehr froh und bedanke mich schon mal im voraus!

Martin
D I E    10   L E T Z T E N    A N T W O R T E N    (Neue zuerst)
mkempf Erstellt am: 07.05.2019 : 11:11:31 Uhr
der Physiker verstehts theroretisch, der Ingenieur wills berechnen, der Handwerker probierts aus. Am Institut hatten wir alle Kategorien und kein Geld. Unsere Fizeau Interferometer funktionierten gut und günstig im 2. Stock eines Plattenbaus mit alten Grabsteinplatten aus Granit gelagert auf Fahrradschläuchen. Die werden passend aufgepumpt bis die Dämpfung im relevanten Frequenzbereich optimal ist.

Markus
Leonos Erstellt am: 07.05.2019 : 10:18:41 Uhr
Hallo Martin,

bei einem Aufbau der auf 30 x 30 cm passt, wirst du sehr wahrscheinlich gar keine Schwingungsprobleme bekommen. (normal vorsichtiges Verhalten vorausgesetzt)
Ich würde mir eine etwas kräftigere Multiplexplatte besorgen und den Aufbau drauf verschrauben. Holz an sich wirkt schon dämpfend. Noch eine Wolldecke o. ä. zum drunter legen wenn nötig und gut is.

Wenn wir Spiegel vermessen haben wir es ja mit mehreren Metern Wegstrecke zu tun. Da langt dann tatsächlich schon eine leichte Auslenkung des Lasers um die Interferenz zu stören. Bei wenigen Zentimetern, dazu auch noch auf einer Grundplatte verbaut, sehe ich dieses Problem nicht.

Kalles Idee mit dem Karton würde ich aber auf alle Fälle im Auge behalten. Zum einen um die Atemluft fern zu halten und zum anderen um den Kontrast zu steigern. Man muss den Raum dann nicht abdunkeln und kann gleichzeitig noch an der Tafel arbeiten.
So vielleicht meine schon etwas veraltete Vorstellung von Schulunterricht.

Jedenfalls keine Angst vor bösen Schwingungen.

Gruß

Kay
Kalle66 Erstellt am: 06.05.2019 : 23:44:51 Uhr
Hi,
bei 30cm sind Luftschlieren nicht so das Problem. Dafür sind die Wegstrecken doch recht kurz. Wenn doch, ein Karton drüber stülpen mit Guckloch.

Ich täte als Polsterung einfach mal ein Kopfkissen, Polsterschaumstoff oder mehrere Lagen Luftpolster unter eine Gehwegplatte legen und austesten, was das bringt, bevor ich irgendwelche speziellen Dämpfer kaufen würde.

Dämpfung ist immer auch eine Frage der Resonanzfrequenz und dass man davon weg kommt.
Martin-nrw Erstellt am: 06.05.2019 : 22:59:10 Uhr
Vielen Dank für die ganzen hilfreichen Antworten und Anmerkungen!

Ich geh einfach mal einzelne Punkte von den Kommentaren durch und hoffe dass ich nichts wichtiges übersehe:

Der gesamte Aufbau passt auf ca. 30 x 30 cm. Von daher recht kompakt und wirklich nicht mit euren "richtigen" Aufbauten zu vergleichen. Die einzelnen Komponenten sollen dann direkt auf der Granitplatte aufgebaut werden.

Das Ziel ist primär erst mal überhaupt ein stabiles Interferenzmuster zu zeigen. Wenn das erst mal hinhaut würde ich eventuell versuchen ob man noch weitere einfache Punkte wie thermische Längenausdehnung prinzipell zeigen. Bei dem Aufbau ist klar, dass es keine wirklichen quantitativen Messungen durchgeführt werden können (außer der ganze Aufbau funktioniert viel viel besser als gedacht).

Natürlich erwarte ich auch nicht, dass es überhauüt keine Vibrationsprobleme geben wird. Ist ja auch gerade eins der Lernziele, wenn man sieht wie empfindlich der Aufbau ist und was für geringe Vibrationen man damit dedektieren kann.

Ich werde Laser der Schutzklasse 2 nutzen. Das ist noch gerade im Bereich des erlaubten.

Das mit der Temperatur und den Luftbewegungen werd ich leider nicht anpassen/verbessern können. Da muss wohl der wirkliche Versuch zeigen, wie sehr das im Endeffekt stören wird.

Habe noch eine Frage hier zu:

Ich vermute, Du planst den gesamten Aufbau auf der Granitplatte zu installieren?
Dann sollten Gummipuffer auf jeden Fall was nutzen. Sie müssen natürlich passend zur Masse des zu dämpfenden Aufbaus gewählt werden.


Wo kann ich, auch aus eigen Interesse, dazu eigentlich etwas nachlesen? Die theoretischen physikalischen Grundlagen dazu sind mir klar. Nur die reale technische Anwendung sieht ja immer etwas komplizierter aus. Wüsste momentan einfach nicht wie ich das richtig bestimmen kann.

Vielen Dank noch mal und noch nen schönen Abend!
Amateurastronom Erstellt am: 06.05.2019 : 16:34:33 Uhr
Zitat:
Original erstellt von: Martin-nrw

Meine Idee ist nun die Interferometer auf einfache Granit- bzw. Betonplatten (aus nem Bauhaus) zu setzen und dort drunter diese Gummidämpfer anbringen:

https://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm?partnumber=RDF1



Ich habe vor längerer Zeit für ein Interferometer ebenfalls Granit
benutzt, aber die Platte sollte für Deine Zwecke schon etliche Kilogramm Masse haben und eine beträchtliche Dicke besitzen,
die Granitplatten für Küchen im Baumarkt leider nicht haben.
Für Holographie habe ich deshalb damals für diesen Zweck eine
Gehwegplatte (nebst eine als Unterlage) benutzt. Als Schwingungsdämpfer eignen sich 4 Sorbothane-Halbkugeln, die man als selbstklebende Dämpfer in jeder Ecke aufkleben kann.
Die gab es bei Edmund Industrial Optics (in Karlsruhe) und sind
für Holographie empfohlen worden.
kura1 Erstellt am: 06.05.2019 : 09:57:59 Uhr
Hallo Martin!

Ich habe meine Erfahrungen mit dem Interferometer von Phywe gemacht. Es ist auf einer kleinen Granitplatte aufgebaut und lässt sich mit einer Mikrometerschraube relativ fein einstellen. In der Versuchsanleitung ist es auf einer leichten optischen Bank aus Aluminium aufgebaut und das klappt auch ganz gut. Erschütterungen spielen eine gewisse Rolle, führen aber nicht zu einer vollständigen Dejustierung. Einen Einfluss der Luftunruhe habe ich nicht beobachtet. Eine extra Dämpfung hatte ich nicht unterlegt, obwohl gut Publikumsverkehr da war (Tag der offenen Tür). Für einen Kurs habe ich es später auf einer schweren fahrbaren optischen Bank nach Pohl (Uralt-Sammlungsbestandteil, Hersteller Phywe aus den 60er Jahren) aufgebaut. Das saß bombenfest.

Ich kenne Deinen Aufbau ja nicht, aber ich würde für ein Gruppenexperiment die Bedenken von "Bikeman" teilen. Lasersicherheit ist in der Schule auf alle Fälle ein Thema. Das muss auf alle Fälle vorher ausführlich geklärt werden.

Viel Erfolg Rainer
Bikeman Erstellt am: 05.05.2019 : 23:58:54 Uhr
Überhaupt: wenn man das ganze als (Schüler)-Gruppen Experiment plant ist die größere Herausforderung vielleicht die Laser-Sicherheit. Das ist ja nun eine ziemlich frickelige Arbeit die Spiegel und den Strahlteiler exakt auszurichten, da kann man nicht verhindern dass der Laserstrahl auch mal kreuz und quer durch den Raum schießt. Eigentlich ist man dadurch wohl auf Laser der Laser-Schutzklasse 1 beschränkt, denke ich mal. Also wenn die Blagen...ähh..also die Lernenden dafür alt genug sind können sie vielleicht auch still sitzen.

Just my 2cents
HB

MartinB Erstellt am: 05.05.2019 : 23:53:55 Uhr
Hallo Martin,

Willkommen hier im Forum!

Ich vermute, Du planst den gesamten Aufbau auf der Granitplatte zu installieren?
Dann sollten Gummipuffer auf jeden Fall was nutzen. Sie müssen natürlich passend zur Masse des zu dämpfenden Aufbaus gewählt werden. Ich vermute, die Schüler müssen während des Experiments trotzdem Erschütterungen vermeiden.

Das Vibrationsproblem ist den Optikwerkern hier im Forum natürlich auch bekannt, aber die Anforderungen und Lösungen liegen wohl doch anders als bei einem Aufbau für den Unterricht.

Bei den hier im Forum verwendeten Setups haben wir in der Regel einen sehr langen Schenkel im Bereich 2-6m wegen der entsprechend großen Krümmungsradien der zu vermessenden Optiken. Da wird die benötigte Granitplatte schnell sehr unhandlich. Herumtrampelnde Schüler sind zu Hause zum Glück nicht ständig ein Problem. Viel kritischer sind Luftbewegungen und schon geringste Temperaturunterschiede im Raum. Weil die Weglängen von Referenz- und Messstrahl sehr verschieden sind und wir neben Luftschlieren- und Vibrationsproblemen daher auch hohe Anforderungen an die Korärenzlänge des Lasers hätten, verwenden wir selten Interferometer vom Michelson-Typ. Für die Vermessung unserer Teleskopspiegel besser geeignet ist das Bath-Interferometer, das als Common Path Interferometer keine separate Referenzsphäre benötigt, dafür aber einen kleinen Astigmatismus einführt, weil Referenz- und Analysestrahlengang nicht exakt koaxial sein können. Dafür gibt es kein Kohärenzlängenproblem, und Vibrationen und Luftschlieren stören sehr viel weniger.

Was ist denn das Ziel des Experiments? Nur Interferenzmuster sehen, oder auch eine Messung/quantitative Auswertung? Wäre das Bath-Interferometer eine Alternative? Ich vermute mal eher nicht, weil das kein "klassischer" Aufbau ist?

Gruß,
Martin
Kalle66 Erstellt am: 05.05.2019 : 23:32:38 Uhr
Martin,
Versuch macht klug. Deine Idee ist grundsätzlich schon mal richtig. Ich glaube, dass das eigentliche Problem die Luftunruhe sein könnte, wenn da ein Dutzend Schüler mit ihrer Körperwärme zugegen sind. Gleiches gilt für Fenster mit Sonneneinstrahlung. Da kommt es auch darauf an, wie groß die Luftstrecke zwischen Spiegeln und Strahlteiler eigentlich ist. Hast du eine Möglichkeit, das vorab als kritischen Faktor auszuschließen, indem du probeweise das noch mal aufbaust und ein paar Leute drum herum platzierst.

Es kommt auch auf den Kursraum an. Wenn der in einem Obergeschoss liegt, dann kommen die Vibrationen über den Fußboden und werden auf die Tische übertragen. Im Keller wäre diesbezüglich besser.

Alternativ das Experiment vorne per Webcam auf eine Leinwand übertragen. Falls Luftunruhe ein kritischer Faktor ist, kannst du im Anschluss an das Experiment ja eine Schülergruppe näher ranholen und demonstrieren, wie empfindlich der Aufbau darauf reagiert.

Das zumindest, was mir dazu einfällt.
Bikeman Erstellt am: 05.05.2019 : 23:28:26 Uhr
Jaaa, kann man probieren (kostet ja fast nix) aber zu viel Hoffnung würde ich mir nicht machen dass es viel hilft. Man muss das ganze ja gegen Schwingungen in allen drei Dimensionen (und gegen allzu lauten Schall) dämpfen, und so Gummifüße helfen vielelicht weniger gegen horizontale Schwingungen im Vergleich zu vertikalen. Aber Versuch macht kluch :-)

Andererseits: zu viel Dämpfung ist vielleicht gar nicht gut: Wenn das Lernziel sein soll zu zeigen wie unglaublich empfindlich diese Dinger sind, dann versteht man das umso besser je mehr man sich anstrengen muss keine Erschütterungen zu verursachen :-)

Ich habe selbst mal hiermit rumgespielt : https://www.i-fiberoptics.com/laser-kits-projects-detail.php?id=2110
und das Interferenzmuster zappelt schon ganz schön wenn man auch nur vorsichtig auf der Tischplatte mit dem Finger tippt.

Fun Fact: Wenn man sich fragt warum Michelson/Morley auf der zitierten Web-Seite falsch geschrieben, dafür aber unterstrichen ist: das ist meine Schuld :-). Ich hatte die auf den Tippfehler aufmerksam gemacht a la :

"Your website falsely describes this as the Michelson/Morely experiment, it should be Michelson/Morley"

Die sagten brav "Thanks" und haben, statt das zu korrigieren, die falsche Schreibweise dann einfach unterstrichen ... fand ich lustig und hab's einfach mal so stehen lassen :-)
(mal abgesehen davon dass man mit dem wackeligen Ding das Experiment von Michelson/Morley nicht wirklich nachstellen kann)

CS
HB



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