Lochinterferometer, einfach und brauchbar

Hallo Achim,

vielen Dank für Dein Lob.

Ich habe selber gerade erst angfangen und habe daher noch nicht allzu viel spezielle Erfahrung die ich weitergeben könnte. Einiges weiß ich aber doch schon:

zu 1) meine hier gezeigten PDI- Interferogramme hab ich tatsächlich mit einem billigen Laserpointer ohne Optik gemacht. Eine vielleicht bessere Diode von Conrad besitze ich auch. Diese hab ich mit der erstgenannten schon am Bath- Interferometer verglichen und keinen merklichen Unterschied gefunden. Bei dieser Art von Laserdioden ist die aktive Fläche annähernd recheckig. Daher rührt auch die unterschiedliche Strahldivergenz senkrecht/parallel. Heute hab ich bei beiden Dioden die max. Größe der wirskamen Fläche eigermaßen sicher messen können. Nachdem ich mit dem passenden Mikroskopobjektiv nicht in den Fokus kam hab ich es mittels Okularprojerktion über ca. 3 m Abstand gemacht. Danach kam für die billige Diode 0,09 mm und für die andere 0,07mm heraus. Das ist weniger als die Hälfte des Airy- Disk- Durchmessers bei f/6 in CoC, also genügend "punktförmig". Ich hatte bei meinen Versuchen auch nicht den Eidruck die Ausleuchtung sei mangelhaft. Sehr wahrscheinlich reicht es gut bis f/5 in CoC ohne jede Zusatzoptik.
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Wie ansteuern? 3V mit Vorwiderstand? (welchem?)
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Für die einzeln erhältlichen Laserdioden gibt es im Katalog die Elektoniken mit dem Hinweis "passende Laserfdioden...". Betribsspannug beträgt 5 V. Ich sehe aber bisher keinen Grund um die preisgünstigern Lasepointer abzulehnen. Da muss man eben nur die Linse herausbröseln. Will man das vermeiden dann muss man zusätzlich eine Aufweitungslinse anwenden. Aber dann hat man mindestens wieder 4 Glas-Luftflächen auf denen sich im engen Strahlengang störender Staub absetzen kann.

zu. 2) Es wird sicher etwas dauern bis man fertige PDI- Platten kaufen kann, aber ich weiß man arbeitet daran.

Üben kann man schon jetzt. Wenn Du versilbern kannst, dann wird es Dir auch gelingen die Schicht etwas transparenter als üblich zu halten indem man die Konzentration der Original- Brashear -Lösungen halbiert. Kleine Löcher findest Du dann sicher ebenfalls. Wie man dann die passenden findet oder passende macht dazu kann ich in einigen Tagen zusammen mit einer Kurzanleitung etwas beitragen. Ich schätze auch auch die mit Marty und Frank diskutierte Möglichkeit der Vacuumbedampfung mit Aluminium recht optimistisch ein.

Gruß Kurt

Hallo Thomas,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: thomasr</i>
<br />Wie wäre es mit einer Linse im Strahlengang, die für ein größeres Airyscheibchen sorgt? Eventuell kann man später die dadurch eingeführten Fringeänderungen herausrechnen, sofern die Linse problematisch sein sollte.

Gruß Thomas
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

der "Lichtpunkt" der Quelle sollte kleiner sein als das Airy- Disk der zu prüfenden Optik. Nur wenn der Laser nicht "freiwillig" den Prüfling ausleuchtet braucht man eine passende Aufweitungslinse für das Lichtbündel und evtl. ein Raumfilter zum ausblenden der Linsenfehler. Dein Vorschlag könnte bei bei Nutzung von LEDs als Lichquelle sinnvoll sein um genügend Heligkeit zu erzielen. Ich weiß aber nicht ob dann das PDI überhaupt brauchbare Interferenzstreifen liefert. Wenn es doch funktioniert, dann scheint das in Anbetracht der preisgünstigen Laserdioden und ihrer extren höheren Leuchtdichte nur in Ausnahmefällen sinnvoll zu sein, wenn man z. B. unbedingt blauen Licht prüfen will.

Gruß Kurt

Hallo Thomas,<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: thomasr</i>
<br />Ich wollte die (Barlow) Linse vor der Lochblende anbringen um das Öffnungsverhältnis zu vergrößern und entsprechend auch das Beugungscheibchen. Das ist vielleicht einfacher als superkleine Lochblenden herzustellen oder zu suchen. Die Linse verändert zwar das Interferenzmuster, aber das ist möglicherweise kein Nachteil wenn es bei der Auswertung berücksichtigt wird.

Gruß Thomas
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

So funktioniert es bestimmt. Bei CoC und ca. f/5 bis f/6 des Spiegels dürfte eine gute Barlow noch keine nennenswerte sphärische Aberration verursachen. Die könnte man aber ggf. über die Vorgabe einer korrigirten CC im Auswerteprogramm kompensieren. Natürlich muss man dabei auch den effektiven Radius richtig ermitteln.

Gruß Kurt

Hallo Thomas,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Was für eine Linse nimmt man denn zum Strahlaufweiten für die Diode, z.B. für den sphärischen Spiegel 16" f:1.1 den ich hier habe? Die Airy Disk ist 3,5um klein.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
f/1.1 ist aber wirklich recht extrem. Ein f/1.1 Teleskop gibt es doch nirgends. Das PDI ist eigentlich für die Prüfung von "richtigen" Teleskopen gedacht. Um überhaupt in in die Gänge zu kommen würde ich mit einem halbwegs normalen Parabolspiegel f/5 bis f/6 anfangen, dann brauchst Du fürs erste keine Strahlaufweitung oder einfach den 16" kräftig abblenden.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Vielleicht klappts auch mit Projektionsokular. Aber bei Barlows bekommt man auch höhere Vergrößerungen als nominell angegeben wenn man den Abstand vergrößert. So langsam bekomme ich Lust, das selber auszuprobieren.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote"> Es müsste beides funktionieren.
Ich wünsche Dir viel Spaß dabei und zeig und bitte Bilder von Interferogrammen wenn es funktioniert hat. Sehr wahrscheinlich könntest Du damit noch zu den ersten 5 gehören die so etwas praktiziert haben[:D]

Gruß Kurt

Hallo Thomas,

bisher hab ich noch nirgends Interferogramme eines f/3 Teleskopes gesehen, geschweige denn welche erstellt. Da kann ich Dir leider keine praktischen Ratschläge zur Dimensionierung geben. Ich gab auch keine Ahnung ob das mit den von uns machbaren Interferometern überhaupt funktioniert. Auf jeden Fall kann ich Dich darin bestärken, erst mal etwas deutlich kleiner als f/3 interferometrieren zu wollen[^]

Gruß Kurt

Hallo Thomas,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: thomasr</i>
<br />Hi Jörg,

in Autokollimation ist es ja effektiv f:5.2.
Bei großen und schnellen Spiegeln mißt man interferometrisch oft im Infrarot, das geht einfacher als bei kürzeren Wellenlängen.

Gruß Thomas
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

da scheint etwas nicht ganz klar zu sein. Wenn ich einen f/2,6 Spiegel in Autokollimation messen will, dann bleibt es bei f/2,6. Da hat man Probleme mit der Ausleuchtung und wahrscheinlich auch noch mit Vignettierung an den Teilerwürfeln und anderen Bauteilen im Strahlengang. Es ist mir nicht auf Anhieb klar ob wegen der relativ großen Einfallswinkel in Randbereich des Lichtbündels Strahlenteilewürfel überhaupt noch funktionieren.

Beim PDI dürfte das Loch in der Schicht sowie der Laserspot nicht größer sein als ca.0,004 mm.

Bei Messung in CoC komme ich effektiv auf f/5,2. Mir ist zwar so etwas noch nicht untergekommen. Aber ich wage mal die Prognose, dass man das bei nicht allzu gtoßen Spiegeln mit Bath o. ä. und wahrscheinlich auch PDI noch packen kann. Bei großen Spiegeln bekommt man Probleme wegen der relativ hohen Anzahl von Interferenzstreifen. Ein komplexes f/2,6 System in CoC messen zu wollen scheint mir sehr problematisch zu sein.

Ob IR - Interferometrie mit Amateurmitteln einfacher zu beherrschen ist zweifle ich prophylaktisch ganz stark an. Versuch mal einen PDI Messaufbau oder mit Bath- Interferometer mit quasi verbundenen Augen zu kollimieren[B)]. Oder gibt es da einen einfach zu realisierenden Trick[:p]? Dann wäre noch das Problemchen die Aufzeichnung der IR- Interferenzstreifen kostengünstig zu realisieren.

Gruß Kurt

Hallo Michael,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Um eine zweite 1550nm Kamera wird man wohl nicht herumkommen. Eine Kamera für das Interferometer, und die zweite damit man beim Justieren der Optik was sieht.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Aha, dachte ich mir doch. Warum denn einfach (bei 650nm), wenn es denn auch komplizierter geht (bei 1550 nm)[:o)].

Aber mal ernsthafter, wo macht es denn echt Sinn bei längeren Wellenlängen zu messen?

Gruß Kurt

Hallo Thomas,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">(Jaja, wir sind schon ziemlich weit ab vom Urspungsthema - Interferometer für jedermann).
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

das sehe ich gar nicht so eng, weil dadurch doch vieles hoch interessantes rüberkommt und evtl. zu neuen Ideen führt.

Zum Ursprungsthema werde ich bald noch etwas nachlegen können[8D].

Gruß Kurt

Hier der versprochene Nachschlag:

<b>Forschritte mit dem Lochinterferometer und erste Vergleichsmessungen mit zwei anderen Interferometern</b>

Nach einigen Versuchen die „richtige“ Schichtdicke der Silberschicht reproduzieren zu können hab ich mich mit dem zufrieden gegeben was halt so herausgekommen ist. Dazu wurden einige Mikroskop- Deckgläser mehrere Stunden lang zwecks Reinigung in hochkonzetrierter Reinigungsbrühe liegen lassen. Diese besteht aus dest. Wasser mit ganz viel Granulat „Dr. Beckmanns Oximagic“. Danach wurden die Plättchen nach dem Brashear- Verfahren versilbert und nach dem Trocknen einseitig die Silberschicht wegpoliert.

<b>Bild 6</b>

Dabei sind 2 von 4 Plättchen zerbrochen. Für den Anfang fand ich diese Ausbeute aber recht ordentlich.

Nun muss ich noch erklären was mich zum Umstieg von handfesten, 2 mm dicken Glasscheiben auf die nur 0,15 mm dicken Deckgläser getrieben hat. (Zu deren Bearbeitung bräuchte man eigentlich Mäusemelkerfinger). Was man auf meinem <b>Bild 3</b> (rechtes I- Gramm) nicht so recht erkennen konnte, das ist die Rippelung der Interferenzstreifen. So richtig knallhart kommt das raus, wenn man mit einem grünen Laserpointer und Strahlaufweitung arbeitet.

<b>Bild 7</b>

Diese lästigen Stör- Interferenzen werden sehr wahrscheinlich durch Teilreflexion an der unbelegten Glasfläche des PDI- Filters verursacht. Daher war es naheliegend ein hoch- antireflexbeschichteres UV- Sperrfilter als Schichtträger zu verwenden. Das widersetzte sich aber hartnäckig meinen Versilberungsversuchen. Nach dem dritten Fehlschlag gab ich es auf, weil mir eingefallen war wie ich das UV- Filter bezüglich seiner Silberaversion austricksen könnte. Dazu hab ich versuchsweise mein Erstlingsfilter mit Immersionsöl auf das UV- Filter geklebt. Tatsächlich waren danach die störenden Interferenzen deutlich reduziert, aber die Gesamtglasdicke von nunmehr 4 mm erschien mir zu viel. So verfiel ich auf die dünnen Mikroskop- Deckgläser als Träger der Silberschicht, die ich mittels Immersionsöl auf das vergütete UV- Filter bringen wollte. Nur war zwischenzeitlich mein 22€ teures UV- Filter auf den hart gefliesten Fußboden gefallen...also fiel dieser Versuch aus. Ich probierte es mit einem dünnen, silberbeschichteten Deckglas allein. Zu meiner Überraschung gab das dann hochprächtige Interfererentbilder nach diesesr Art:

<b>Bild 8</b>

Das Foto ist echt life mit meinem Lochinterferometer an meinem 10“ f/6 entstanden und nicht etwa synthetisiert.

Wes sich nicht so recht vorstellen kann wie man denn zu der Einstellung solcher Interferenzbilder kommt:

<b>Bild 9</b>

Die Lichtquelle (Laser- Diode) ist hier der Übersicht halber nicht eingezeichnet.

<b>Bild 10</b>

Wenn der Abstand a ca. 10 – 15 mm beträgt, dann sieht man als folge der feinen Löcher auf den Filter mehr oder weninger kontrastreiche „Bullaugen“ wie in Teilbild 1 erkennbar. Zentriert man nun eines dieser Augen annähernd in Bildmitte und verkürzt man den Abstand a auf wenige mm, dann wird das Bullauge schnell größer, dabei auch erheblich kontrastreicher und heller. Im Teilbild 3 ist man sehr nahe an Fokus. Verschiebt man jetzt das Filter nur um einige Mikrometer seitlich zur Achse, dann findet man das z. B. mit FringeXP auswertbare Streifenbild. Man kann auf diese Weise auch ohne Mikroskop ein passendes Löchlein in der Silberschicht finden. Bei dem neuen Filter war es wiederum unregelmäßig begrenzt mit ca. 0,01 mm maximaler Ausdehnung.

Doch nun zum Kern meiner Rede:

Es ist ja nicht unbedingt einleuchtend, dass so ein PDI- Interferenzstreifenbild die gleiche Information enthält wie eines das mit einem Bath oder LUPI gewonnen wurde. Was LUPI heißt das hab ich gleich an zweiten Tag nach meiner Anmeldung in der Yahoo Interferometry Group gelernt. Also, LUPI heißt Laser Unequal Path Interferometer. Unter Unequal Path versteht man die total ungleich langen Wege der aufgeteilten Lichtbündel zur Referentquelle bzw. zum Prüfling und zurück. Wie man mir dort mehrfach glaubhaft überzeugend versichert hat gehört mein heißgeliebtes „Michelson“ exaktgenau zu dieser Art von Interferometern.

Natürlich liebe ich auch mein "Bath", welches zur geschätzten Gruppe der Common Path Interferometer gehört, genau so wie das PDI. Hier sind die Wegunterschiede der Lichtbündel sehr klein, so dass man prinzipiell auch mit Lichtquellen geringer Kohärenzlänge arbeiten kann. Ganz ohne Kohärenzlänge funktioniert prinzipiell kein Interferometer.

Die Abkürzung LUPI gefällt mir noch besser als PDI für das Lochinterferometer*. Ich werde aber aus praktischen Gründen im folgenden diese Abkürzungen benutzen. Natürlich erhält man man in der Interferometry Group auch erheblich wertvollere Infos.

Um mal ganz einfach anzufangen hab ich mich mit allen 3 Inteferometern nacheinander an meinen unverspiegelten 10“ f/6 heramgemacht. Dabei wurde der Aufbau im Krümmumgsmittelpunkt (RoC oder auch CoC?) gewählt. Hier zur allerersten Begutachtun eine Probe typischer Interferogramme aus der weiter unten diskutierten Messserie:

<b>Bild 11</b>

Man erkennt in allen 3 Fällen zweifellos den deutlich abgesunkenen Rand. Aus dem vollen Bilddurchmesser kann man abmessen, dass die Absenkung bei ca. 3- 4 mm von außen beginnt. Aus Erfahrung mit mehreren andern Spiegeln hab ich gelernt, dass eine solche Randpartie erhebliche Streuungen bei der Auswertung verursacht. Das gilt nicht nur für intererometrische Auswertungen wie z. B. mit FringeXP sondern ebenfalls für Schnittweitendifferenzmessungen nach Foucault. Anderseits würde ich einen solchen Spiegel in der Praxis um einige mm abblenden. Ich habe deshalb die Interferogramme mit vollem Durchmesser 256 des Spiegels aufgenommen, aber für die eigentliche Auswertung die Interferogramme af 2590 mm Durchmesser markiert. Das geht mit meinem Bildbearbeitungsprogramm pixelgenau.

Nun ist es zwar noch nicht soo richtig Winter draußen, aber die Temperaturdifferenz zum zwangsweise unbeheiztem Prüfraum macht erheblichen Ärger, wenn man Vergleichsmessungen statt Turbulenzmessungen machen will. Daher wurde die Messtrecke in einen Iso- Tunnel eingepackt. Der besteht aus einen Tubus mit Spiegelzelle, der vorne durch ein aus Iso Tapete gewickeltes Rohr verlängert wurde. Damit bekommt man die Luft in der Messtrecke tatsächlich ruhig, aber es bildet sich trotzden ein der Raumtemperatur entsprechende vertikale Temperaturschichtung in der Messstrecke aus. Unmittelbar vor dem Spiegel konnte ich Temperaturdifferenzen zwischen Spiegelunter- Oberkannte von 0,4 – 0,5°C messen. Das reicht für einen satten vertikal/horizontal ausgerichteten asti von 0,4 lambda Wellenfront aus. Wenn diese Störung aber reproduzierbar ist, so kann man sie durch zei Messreihen in zwei um 90° verdrehten Spiegelpositionen mitsamt evtl. vorhandenen Prüfstandsastigmatismen hinreichend gut eliminieren. Es reicht schon, wenn man sich bei den Messreihen jeweils auf 4 Einzel- Inteferogramme beschränkt.
Das läuft also so ab:

1. Vier Interferogramme möglichst mit um 90 ° gedrehter Streifenlage aufnehmen.
2.Spiegel um 90 ° drehen
3.Weitere 4 Interferogramme wie unter 1. aufnehmen
4.Diese Interferogrammbilder bildtechnisch um 90^zurückdrehen
5.Alle Interferogramme per Auswerteprogramm „mitteln“

Durch die Drehung der Bilder gemäß 3. hebt sich der Asti des Versuchsaufbaus heraus. Verzichtet man auf die Drehung, dann erhält man als Asti den des Versuchsaufbaus. Alois Orter hat sich sehr ausführlich mit dieser Auswertetechnik beschäftigt und mir überzeugend „verkauft“. Diese relativ einfache Vorgehensweise funktioniert aber nur dann hinreichend genau wenn man keine deutlich x- eckig verspannte Spiegel zu prüfen hat.

In de folgenden Tabelle hab ich die Mittelungen zusammengefasst. Nur damit nicht wieder jemand Unsinn versteht oder mutwillig verzapft, Mittelung heißt hier unter Nutzung des Programms FringeXP, Option „Zernikes“, „Edit AverageList“, „Add File“. Ich hab das noch nie anders gemacht. Die nachfolgende Tabelle sowie die Grafik gründen auf insgesamt 24 jeweils unterschiedlichen Interferogrammen.

<b>Bild 12</b>

Danach erscheint der Spiegel dem Bath –Interferometer etwas stärker überkorrigiert mit entsprechend kleineren Strehlzahlen. Dieser Unterschied von 0,03 bzw. 0,04 Strehlpunkten ist aber nicht statistisch gesichert. Dazu wären umfangreichere Messreihen bei geringeren Störungen durch Lufttemperaturunterschiede erforderlich. Außerdem könnten die im Bath und PDI verwendeten roten Laserdioden etwas unterschiedliche Wellenlängen haben und damit das Messergebnis beeinträchtigen.

Hier noch die Betrachtung des Spiegelprofils bei achssymmetrischem Schnitt. Die Kurven sind im Maßstab angepasste Kopien einzelner FrimgeXP- Plots. Der Übersicht halber wurden die durchweg sehr kleinen Deformationen unter „Trefoil“ und „Tetrafoil“ ausgeblendet. Diese haben hier praktisch keinen Einfluss auf die Strehlzahlen.

<b>Bild 13</b>

Wie man erkennt, wird das Spiegelprofil von allen Interferometern gleichsinnig wiedergegeben. Die Kurven LUPI und PDI sind sogar fast deckungsgleich. Der max. Unterschied zur Bath- Kurve beträgt weniger als 0,1 lamba Wellenfront. Danach sind die Messungen auf Basis des Lochinterferometer voll konkurrenzfähig.

Gruß Kurt

*Dieser Satz ist wahrscheinlich missverständlich. Es soll richtig heißen:
Die Abkürzung LUPI für das Michelson- Interferometert gefällt mir besser als PDI für das Lochinterferometer.
(Korr. 24.01.07)
Kurt