Hallo Leute,
lange habe ich mich vor dem Bau eine Bath-Interferometres gesträubt, weil mir der Aufbau, sowie die Teilebeschaffung als viel zu große Hürde vorkamen. Zudem gibt es ja mit dem PDI eine kostengünstige Alternative. Allerdings ist birgt das PDI auch Nachteile.
-wenig Streifen
-funktioniert bei schnellen Optiken nicht mehr
-aufwändiges Einstellen
-Laserreflex bei Vermessung von Planspiegeln im RC-Test zu schwach
Gerade der letzte Punkt hat mich dann doch dazu bewogen mich an den Bau eines Bath-Interferometer zu wagen. Überraschenderweise war alles nicht so schlimm wie ich mir es ausgemalt hatte und ich möchte daher meinen Beitrag dazu leisten, andere Spiegelschleifer zum Bau zu ermutigen. Daher werde ich in diesem Thread ausführlichst auf das Bath Interferometer eingehen, angefangen von der Theorie über den Bau bis zur praktischen Durchführung. Ich versuche das alles so genau wie möglich und verständlich zu erklären. Falls doch einige Fragen übrigbleiben scheut euch nicht zu fragen.
<b>Punkt 1: die Theorie:</b>
Die Beschreibung und <b>Abbildung 1</b> habe ich von
http://starryridge.com/mediawi…title=Bath_Interferometer
ist also nicht auf meinem Mist gewachsen.
<b>Abb. 1: Prinzipschaubild vom Bath Interferometer</b>
Sie zeigt das Prinzip in der 90° Version, in der die Strahlen im 90° Winkel auf den Teilerwürfel auftreffen. Es gibt noch eine andere Bath Variante. In dieser treffen die Strahlen im 45° Winkel auf den Teilerwürfel. Ich gehe im Folgenden nur auf die 90° Variante ein. Zunächst wird mit dem Bath im RoC des Prüflings, also im Abstand der doppelten Brennweite gemessen. Wie in <b>Abbildung 1</b> dargestellt, durchläuft ein Laserstrahl einen Teilerwürfel und wird dabei in einen Referenz (Blau) und einen Informationsstrahl (Rot) geteilt. Der Referenzstrahl trifft auf den Prüfling, wird von diesen Reflektiert, gelangt zurück zum Bath und wird von der Aufweitungslinse zunächst fokussiert (F3), anschließend aufgeweitet und bildet so die Referenzwellenfront. Der Informationsstrahl (Rot) wird über die Linse fokussiert (F1) und weitet sich anschließend zu einer sphärischen Wellenfront auf. Diese sphärische Wellenfront trifft auf den gesamten Prüfling auf und wird von diesem reflektiert. In der reflektierten Wellenfront sind nun die Oberflächeninformationen des Prüflings enthalten. Der Fokus der reflektierten Wellenfront liegt im Punkt F2, kurz vor dem Umlenkspiegel. Beide zurückkehrende Wellenfronten weiten sich nach den Punkten F2 und F3 auf, treffen auf den Teilerwürfel und interferieren dort. Die Interferenzbilder können dann seitlich des Teilerwürfels auf ein Blatt Papier projiziert, oder mit der Kamera aufgenommen werden.
So genial das Prinzip des Bath ist, hat es doch einen kleinen Nachteil den ich nicht verschweigen möchte: Da der Referenz- und Informationsstrahl einen geringen Versatz haben, erzeugt jedes Bath einen Asti in den Interferogrammen. Dieser Asti wird umso größer
-je weiter beide Strahle auseinander sind. Beide Strahlen sollten max 10mm (besser weniger) auseinander liegen.
-je kürzer die Brennweite der zu vermessenden Optik ist.
Konkrete Werte wie groß der Bath Asti ist, lassen sich auf der oben genannten HP ausrechnen. Bei einem Bündelabstand von 10mm ist man hier meiner Meinung nach im grünen Bereich.
<b>Punkt 2: Die Bauteile</b>
Für ein Bath Interferometer braucht man
-Teilerwürfel
-Umlenkspiegel
-Aufweitungslinse
-Laser (Punktlaser)
Bezugsquellen sind z.B.
https://www.thorlabs.de
http://www.surplusshed.com/ oder http://www.optikbaukasten.de
wobei ich bei letzterer Quelle nicht alle passenden Teile finden konnte. Wer Teile für ein Bath haben möchte, kann mich auch anschreiben. Ich habe ein paar Teile zu viel bestellt und noch welche übrig. Zu den Teilen ist folgendes zu sagen:
<b>Teilerwürfel:</b> Dieser sollte nicht polarisierend sein und ein Teilungsverhältnis von 50/50 besitzen. In meinem Bath nutze ich einen Würfel mit 15mm Kantenlänge. Viel Größer sollte der Würfel nicht sein, da man bei sehr schnellen Optiken die Kamera sehr nahe an den Würfel muss. Mit 20mm Kantenlänge wird das unter Umständen schwierig.
<b>Umlenkspiegel:</b> Der Umlenkspiegel sollte plan sein und ungefähr zwischen 10 und 25mm Durchmesser haben. Es muss nicht der High-End 1/30 Lambda Spiegel sein, da man nur eine kleine Fläche ca. (3mm²) genutzt wird.
<b>Aufweitungslinse:</b> Die verwendete Linse ist eine Bikonvexe Linse. Hier sollte man zwei Faktoren berücksichtigen.
1) Der Durchmesser der Linse sollte nicht zu groß gewählt werden, da ansonsten der Abstand der Strahlen baulich bedingt zu weit auseinandergeht, was zu Bath-Asti führt.
2)Die Brennweite der Linse und der Durchmesser des Laserstrahls bestimmt den Kegelwinkel des aufgeweiteten Strahls. Als Faustformel gilt:
FL / DLaser = FOptik
FL: Brennweite Linse
DLaser: Durchmesser des Laserstrahls
FOptik: Öffnungsverhältnis des Prüflings.
Als Beispiel: Verwendet man eine Linse mit FL=10mm und der eingesetzte Laserstrahl hat einen Durchmesser von 2mm, dann lassen sich Optiken bis F5 ausleuchten.
<b>Laser:</b> Vorneweg. Ich gehe davon aus, dass jeder weiß was er tut. <font color="red"><b>Trotzdem möchte ich eindringlich davor warnen leichtfertig mit Lasern umzugehen. Informiert euch über die Risiken!</b></font id="red">
Hier besteht die Wahl zwischen einen grünen und roten Laser. Ich habe mein Bath bisher nur mit grünem Laser betrieben. Beide Varianten haben ihre Vor- und Nachteile. Bezugsquellen wären Picotronic oder Conrad. Erstgenannte ist mit Sicherheit teuerer, aber dafür sind das qualitativ hochwertige Laser. Nach den Erfahrungen die ich bisher gesammelt habe, reicht 1mW (grün) völlig aus.
Vor-und Nachteile vom grünem Laser:
+besser Sichtbar, eher geeignet für Messungen von unbelegten Planspiegeln im RC-Test
+durch die kürzere Wellenlänge bessere Auflösung der IG
-Teuer
<b>Punkt3: Der Aufbau</b>
Vorneweg. Der Aufbau klingt komplizierter als er in Wirklichkeit ist. Mein Bath hat auf Anhieb funktioniert was schon was heißen will. Beim Teleskop war das erst nach der xten Verbesserung der Fall. Das was am Bath so einen komplizierten Eindruck erweckt, sind die vielen Freiheitsgrade die die einzelnen Teile haben, die wären:
Justierbarkeit von Laser, Würfel, Linser und Umlenkspiegel. Dazu noch Verstellmöglichkeit des Bath in alle 3 Achsen…. Puuh klingt alles furchtbar kompliziert…
Also der Reihe nach. Betrachten wir zuerst nur das Interferometer. <b>Abbildung 2</b> zeig meine persönliche Umsetzung. Das ist nicht die Musterlösung. Im Netz kann man sich eine Fülle von Variationen ansehen. 
<b>Abbildung 2: Übersicht technische Umsetzung des Bath</b>
Wichtig sind die Justagemöglichkeiten der Bauteile:
-Laser. Durch M4 Schrauben im 120° Winkel in ein Alurohr angebracht, kann der Laser in sämtliche Achsen bewegt werden. Eine bessere und Methode (auch im Herstellungsaufwand habe ich noch nicht gesehen). Details in Abbildung 3
<b>Abbilung 3: Laser mit Justagemöglichkeit</b>
-Teilerwürfel: Der Teilerwürfel wurde mit doppelseitigem Klebeband auf ein Aluvierkant (Vollmaterial) geklebt. Die Unterseite wird mit einer M4 Schraube befestigt. Das Loch in der Grundplatte ist aber größer als M4. auf diese Weise lässt sich der Würfel einige mm versetzen. Solange die Schraube nicht fest angezogen ist, lässt er sich auch drehen. Details in Abbildung 4
<b>Abbildung 4: Teilerwürfel</b>
Umlenkspiegel: Der Umlenkspiegel hat wohl die meisten Freiheitsgrade. Er lässt sich in der Höhe verstellen, drehen und dank den Justierschrauben mit Druckfedern verkippen.Details in Abbildung 5
<b>Abbildung 5: Umlenkspiegel mit Justagemöglichkeiten</b>
Aufweitungslinse:
Das Anbringen der Linse in den Aluwinkel war schon ein wenig tricky. Es wurde zunächst ein Loch gebohrt, dass möglichst gleich groß war wie die Linse. Anschließend wurde die Linse vorsichtig, mit einer Pinzette in das Loch gesteckt. Das hat mehrere Anläufe gebraucht. Als das endlich geschafft war, wurde am offenen Teil des Winkels die Linse mit Sekundenkleber fixiert.
Die Aufweitungslinse lässt sich ebenfalls drehen und in der Höhe verstellen. Ein Kippen wie beim Umlenkspiegel ist nicht nötig. Durch ein Langloch lässt sich zudem der Abstand vom Teilerwürfel verstellen. Welcher Abstand jetzt der Richtige ist kann ich nicht genau sagen. Ich habe die Abstände der Linse variiert, konnte aber keine nennenswerte Veränderung der Interferogramme feststellen. Als Richtwert sage ich mal so ca. 20mm Abstand vom Teilerwürfel (bei meiner verwendeten Linse D:7,5mm FL:10mm. Details in Abbildung 6
<b>Abbildung 6: Aufweitungslinse mit Justagemöglichkeiten</b>
Die Justierung des Bath zu beschreiben finde ich sehr mühsam. Ich werde daher an einem Video arbeiten. Hier wird dann auch deutlich werden, weshalb die ganzen Teile so beweglich sein müssen.
Das alles braucht aber noch etwas Zeit.
Fortsetzung folgt 
CS, Matze
