-ist vom Prinzip her älter als das nach K. L. Bath. Man benennt es auch nach Fizeau, (Frz. Physiker, lebte von 1819 bis 1896). So lange niemand Einwände erhebt, bleibe ich bei dem Namen Fizeau- Interefometer.
So sieht das Schema aus:
Bild 1
A) So funktioniert es:
Der Laser sendet kohärentes Lichtbündel aus.
Zum Verständnis der Kohärenz: Eine Quelle die ununterbrochen Licht mit unveränderter Wellenlänge abstrahlt wäre ideal kohärent. Nur kohärentes Licht kann auch nach Aufteilung und größeren Umwegen und damit verbundenen Wegdifferenzen Interferenzmuster erzeugen. Es muss dazu nicht ideal kohärent sein.
Dieses Licht wird mittels der Linse zu einem Strahlenkegel aufgeweitet. Dieser Strahlenkegel wird im Strahlenteilerwürfel in zwei annähernd senkrecht zueinander stehende Kegel auggeteilt. Einer bestrahlt den Prüfling und wird wieder in sich zurück reflektiert. Dabei geht ein Teil der Strahlung durch den Brennpunkt F in Richtung Kamera oder Auge. Das gleiche passiert mit dem zweiten Strahlenkegel nach Reflexion an der Referenzsphäre. Wegen der Wellennatur des Lichtes kommen beide Strahlenbündel zu Interferenz und bilden genau wie beim Bath- Interferometer die bekannten Interferenzstreifen, die mit der Kamera fotografiert werden können. Genau so kann man sie sehen, wenn man das Auge in die gleiche Position wie die Kamera bringt. Damit es für das Auge nicht gefährlich wird, muss unbedingt das Schutzfilter verwendet werden.
Wenn sowohl die Referenzsphäre als auch der Prüfling ideale Wellenfronten reflektieren, so erhält man entsprechend ungestörte Interferenzstreifen, die man z. B. mit FringeXP in bekannter Weise auswerten kann. Die Referenzsphäre sollte selbstverständlich eine möglichst ideale Kugelfläche aufweisen. Damit wären alle im Interferogramm auswertbaren Fehler dem Prüfling zuzuordnen, Vorausgesetzt sei natürlich das die Luft in der Prüfstrecke völlig homogen ist. Diese Forderung gilt genau so für dass Barth- I- Meter. Selbstverständlich kann man auch mit dem Fizeau- Aufbau in Autokollisation messen.
B) Einige wesentliche Unterschiede zum Bath- I- Meter
1. Das Fizeau- I- Meter braucht man Licht, dessen Kohärenzlänge deutlich größer ist als der Wegunterschied von F1 nach F2 über den Prüfling bzw. über die Referenzsphäre.
2. Das I- Meter kann prinzipiell frei von Koma und Astigmatismus kollimiert werden, sofern die Referenzsphäre entsprechende Qualität aufweist.
3. Das Fizeau- I.- Meter lässt sich nicht so kompakt bauen wie das nach Bath.
4. Beim Fizeau- I.- Meter hat man bequemen Zugang zum Fokus F1 (s. Bild1). Dadurch kann man ohne größere Umbauten z. B. den bekannten Labor- Startest am Prüfling anwenden. Dazu ist nur der Strahlengang zur Referenzsphäre zu unterbrechen. Zur vis. Beobachtung wird die Kamera durch ein Okular ersetzt. Zur Aufzeichnung wird durch dieses Oku fotografiert.
C) Beschreibung des Versuchsaufbaus
Der Versuchsaufbau wurde weitgehend mit vorhandenen „Bordmitteln“ realisiert.
Bild 2 
Die Optik ist auf einer 24 mm dicken Multiplex- Sperrholzplatte aufgebaut. Diese ist auf einem Kreuztisch mit zusätzlicher Neigung und Höhenfeineinstellung aufgeschraubt. Der Teilerwürfel befindet sich auf einem dreh- und kippbaren Sockel. Die Fassung der Referenzsphäre ist mittels 3 federverspannten Schrauben feinjustierbar.
D) Kurzbeschreibung der Optik- Teile im einzelnen:
1. Laser
Hier wird ein Diodenlaser (532 nm) verwendet. Es ist ein Typ, der vor einigen Monaten preisgünstig bei ebay angeboten wurde. Die eigentliche Laserdiode ist intern mit einen IR- Sperrfilter gesichert. Die Originallinse wurde entfernt, weil die Homogenität der Ausleuchtung hinter der zusätzlichen Linse gemäß obiger Bilder zu ungleichmäßig erschien. Der Abstand zwischen dem nun nicht mehr gebündelten Laser und der Linse beträgt jetzt 150 mm. dieser Abstand scheint unkritisch und wurde bisher noch nicht optimiert. Die Intensität des Interferenzbildes ist derzeit so hoch, dass man auch bei unbelegtem Prüfling bzw. der Referenzsphäre Kurzzeitbelichtungen von ca. 1/1000 s. bei niedriger Einstellung der Kameraempfindlichkeit realisieren kann.
Schutzfilter
in Verbindung mit dem grünen Laser wurde ein Neutralglas der Dichte ND2 verwendet. Damit kann man die gewünschte Einstellung der Interferenzstreifen ohne Blendung gefahrlos durchführen. Bei belegtem Prüfling und Referenzsphäre ist ein dichteres Schutzfilter erforderlich.
2. Linse
Die Linse ist bikonvex, unvergütet und hat eine Brennweite von 7 mm. Die Brennweite ist nicht sehr kritisch. Vergütung zur Unterdrückung von Stör- Interferenzen wäre wünschenswert. Ersatzweise kann man auch ein einfaches Oku mit kurzer Brennweite einsetzen.
3. Strahlenteiler
Im Bild gezeigt ist ein Strahlenteilerwürfel mit 4 freien Flächen, Teilungsverhältnis 50/50 %, Kantenlänge 30mm. Es ist mein jüngstes ebay- „Schnäppchen“ ( für nur 42€!). Alle Flächen sind hoch vergütet. Es spricht nichts dagegen auch Würfel mit kleinerer Kantenlänge einzusetzen.
Alternativer Strahlenteiler
Bild 3
Man kann auch eine unter 45° aufgestellte planparallele Platte in Form eines Graufilters als Strahlenteiler verwenden, z. B. ein Dämpfungsglas für Mondbeobachtung (ND 0,9 oder etwas schwächer).
Die Teilreflexion zum Prüfling erfolgt auf der der Linse zugewandten Fläche. Die Teilreflexion der anderen Fläche in die gleiche Richtung wird durch die Dämpfung im Glas weitgehend unterdrückt. Entsprechendes passiert auf der Seite in Richtung Referenzsphäre. Für fehlerfreie I. Gramme müssen beide Flächen sehr gut plan sein.
In Teil F sind zwei I- Gramme bei Verwendung dieses Strahlenteilers dargestellt.
4. Referenzsphäre
Diese sollte ideal sphärisch sein. Der Krümmungsradius ist wiederum unkritisch. Die hier verwendete Sphäre hat R = 150 mm. Der Krümmungsmittelpunkt sollte idealer weise auf der opt. Achse in F1 liegen. Die hier verwendete Sphäre ist die Konkav- Seite einer Linse. Die hab ich aus einem Achromaten mit ca. 400 Brennweite abgetrennt. Die Fläche ich daher weder vergüten noch belegt, was für die Prüfung von unbelegten Prüflingen vorteilhaft ist. Man kann die Qualität der Sphäre wie unter Pkt. A 4 beschrieben gut prüfen.
5. Hilfsfernrohr
Dieses besteht aus einem kleinen Achromaten 64 mm Brennweite sowie einem 32 mm Plössl- Okular. Das Fernrohr erleichtert die Beobachtung und Fotografie. Es ist aber nicht zwingend erforderlich. Alle nachfolgenden I- Gramme wurden ohne Hilfsfernrohr aufgenommen.
E) Erste Optimierung der Qualität der I- Gramme
Im Hinblich auf den weiter unten beschriebene erste Nutzanwendung wurde als Prüflimd die Referenzsphäre 2 ausgewählt ( Abkürzug „R2“, nicht zu verwechseln mit der im I.- Meter eingesetzten Referenzsphäre!) Diese hat den max. Durchmesser von 92 mm und einen Krümmungsradius von 1070mm. Der Versuchsaufbau entspricht dem beschriebenen Schema gemäß Bild 1.
Die nächsten 3 Fotos zeigen I- Gramme bei voller bei voller Öffnung von R2.
Bild4
Hier wurde die Qualität des I- Gramms bei Ausleuchtung mit dem Laser im Originalzustand plus Linse festgehalten. Offensichtlich ist das als für die Auswertung weniger geeignet anzusehen
Das wird wesentlich besser, wenn man die Linse aus dem Laser entfernt und diese oder eine ähnliche in größerem Abstand von der Lasediode platziert.
Bild 5
Die Qualität der Interferenzstreifen ändert sich auch nicht merklich, wenn man den Strahlenteilerwürfel gegen das unter A4 beschriebene Graufilter ersetzt. Man erkennt am verlauf der Linien allerdings, dass hier Astigmatismus hereinkommt, höchstwahrscheinlich wegen der nicht hinreichenden Planität des verwendeten Filters.
Bild 6
F) Test der Reichweite
Damit ist gemeint wie weit darf die Entfernung oder genauer der Umweg des Lichtes über den Prüfling sein, damit überhaupt noch auswertbare Interferogramme entstehen. In Praxis der Amateurspiegelschleiferei bevorzugt man ja die Messung aus dem Krümmungsmittelpunkt, also Abstand Spiegel- I- Meter = doppelte Brennweite. Das wäre z. B. bei einem 10“ f/6 Spiegel rund 3 m.
Hier zwei Interferogramme mit dem grünem Diodenlaser:
Bild 7
Dieses Bild ist mit der aktuellen Standard- Konfiguration entstanden, also mit dem schönen Strahlenteilerwürfel und grünem Diodenlaser.
Bild 8
Hier wurde das oben beschriebene Graufilter als Strahlenteiler eingesetzt.
Beide I- Gramme sind ausgezeichnet kontrastreich und zeigen recht glatte Interferenzstreifen. Eine spezielle Bildbearbeitung zwecks Kontraststeigerung war nicht erforderlich. Nur die Helligkeit der beiden Bilder wurde angeglichen. Das erste Bild wurde mit 1/1000 s und „ASA 200“ belichtet. Beim zweiten Bild verursachte das zweckentfremdete Graufilter eine relativ starken Lichtverlust. Daher wurde mit 1/160 und „ASA 1600“ belichtet. Das zweite Bild zeigt im Original etwas rauere Feinstruktur wegen der höchstmöglichen Empfindlichkeitseinstellung.
Es ist nicht zu erwarten, dass bei moderater Verlängerung des Abstandes der Kontrast der I- Gramme drastisch einbrechen wird.
Rotlicht – Laserdioden sind bis ca. 1 m Wegdifferenz gut verwendbar. Hie kann man sogar ganz auf Linsen verzichten, wenn man die Laserdiode ungefähr in die Position der Linse fixiert.
Bild 9
Der Prüfling ist hier einer meiner Referenzsphären aus der Fertigung von Cassegrain- Fangspiegeln. Der deutlich erkennbare Astigmatismus stammt eindeutig von der verwendeten Referenzsphäre der I- Meters, die inzwischen gegen die oben beschriebene, besser geeignete ausgetauscht worden ist.
F) Erste Nutzanwendung: Messung eines ell. Newton- Fangspiegel in Autokollimation.
Der Messaufbau wird aus dem nächsten Bild verständlich.
Bild 10 
Das Prinzip ist leicht zu verstehen. R2 wird aus ihrem Krümmungsmittelpunkt über dem zu prüfenden Newton– Fangspiegel (= Planspiegel. Abkürzung FS) ausgeleuchtet. Das Licht geht auf dem selben Wege wieder zurück und die Wellenfront erleidet zweimal die Fehler des Prüflings sowie 1x die Fehler der ausgeleuchteten R2. Im Krümmungsmittelpunkt befindet sich das Messgerät, hier der oben beschriebene Versuchsaufbau des Interferometers. Selbstverständlich kann man auch das Bath- Interferometer oder andere Prüfvorrichtungen einsetzen wie den Startest, Ronchi-Test oder den Foucault- Test.
Um den möglichen Fehler der R2 zu ermitteln, wurde diese zunächst separat gemessen
Hier die zur Auswertung verwendeten I- Gramme
Bild 11
Nach Augenschein sind keine Fehler aus den I- Grammen zu erkennen.
R2 wurde dazu auf 60 mm abgeblendet, deren äußere Zone bei der Messung inVerbindung mit dem FS nicht wirksam wird.
Der entsprechende FringeXP Report nach Mittelung der 3 I- Gramme ist hier dargestellt:
Bild 12
Mit Strehl = 0,993 ohne jeden Abzug kann man die Referenzsphäre als hinreichend „sauber“ bezeichnen.
In der gleichen weise wurde 3 I- Gramme mit dem zusätzlichen FS im Strahlengang gewonnen.
Bild 13
Man erkennt bereits nach „Augenmaß“ zwei typische FS- Krankheiten
1. partiell abgesunkene Kante
2. Leichter Astigmatismus
Den Grad der "Erkrankung" zeigt dann das nächste
Bild 14
Mit Strehl = 0,923 kann man den noch als sehr gut beurteilen, weil der abgesunkener Rand bei vernünftiger Dimensionierung zum Hauptspiegel nicht wirksam würde.
Fazit:
Das beschriebene Interferometer scheint mir noch einfacher realisierbar zu sein als das nach dem Prinzip von Bath. Trotzdem werde ich deshalb mein lieb gewonnenes „Bath“ auch weiterhin benutzen.
Anmerkung zu den abgebildeten I- Gramen: Diese sind aus Formatgründen verkleinert und komprimiert dargestellt. Die Originale, aufgenommen mit einer Nikon D70 und 60 mm F/2,8 sind eindeutig schärfer.
Gruß Kurt
