Rayleigh water test

Mal eine kurze Bemerkung zum Test zum Planflächen gegen einen
Flüssigkeitsspiegel: Ich habe diesen Test schon mal benutzt
und er funktioniert erwartungsgemäss.

Vorgeschlagen wurde der Test erstmals von Rayleigh.

Beschrieben ist er u.a. im July Heft der Zeitschrift
Sky&Telescope von 1990 sowie im Buch Amateur Telescope Making
Vol. 1 (S. 59/60 in der Auflage von 1970) sowie Vol. 2 (in der Auflage von 1970 auf Seite 121-122) sowie im Buch von Twyman "Prism and
Lens making" auf S.413 ff, sowie im Buch von Malacara auf S. 22.

Das National Bureau of Standards und das britische National Physical Laboratory haben auf diese Weise früher ihre Referenzplanflächen getestet.

Zu dem Test gibt es ferner einen Artikel des letzteren Labors
in British Science News 2, 130 (1948). In der Testapparatur dieses
Labors diente eine 38 cm Plankonvexlinse aus Kriegs-Überbeständen
("surplus") als Kollimator, an welchen (-> Malacara) an sich keine übermässig grossen Anforderungen gestellt werden.
Im Artikel von Sky&Telescope kommen sogar Fresnellinsen zum
Einsatz.

Auch das Reflexionsvermögen an beiden Grenzflächen ist nicht so
unterschiedlich, dass der Kontrast der Interferenzstreifen zu
gering ist. Die Lichtquelle, vorzugsweise eine Natrium-Niederdrucklampe oder Hg-Niederdrucklampe muss nur genügend
hell sein.

Man muss jedoch u.U. einige Stunden warten, bis Planfläche und
Flüssigkeit ihre Temperatur angeglichen haben.

Ich halte diese Methode schon für sehr geeignet, da ein
Flüssigkeitsspiegel im Idealfall bei ca. 500 mm Durchmesser
lediglich ca. Lambda/100 Abweichung gegenüber einer idealen Planfläche
hat und man direkt die nötigen Korrekturen erkennen kann.

Auch wenn das Verfahren etwas unorthodox wirkt, halte ich es
daher für elegant. Jedoch muss man u.a. einige Dinge in Bezug
auf Einstellung der Flüssigkeitsfläche und Isolation von Schwingungen beachten.

Hallo Michael!

Michael Moser schrieb:

>bin Dir richtig dankbar, dass Du genau die Informationen
>nachgeliefert hast, die mir nicht mehr eingefallen sind.

Nichts zu danken, aber zum Glück habe ich ein
hervorragendes Gedächtnis.

Ich wollte das nur nachtragen, da z.B. Kurt gerade so einen
Planspiegel testen will und da könnte dieser Test gute Dienste
leisten.

Den Sky& Telescope-Artikel habe ich leider noch nicht wiedergefunden.
Er liegt wahrscheinlich im zweiten Stapel von Heften aus den
frühen 90er Jahren. Morgen suche ich mal weiter.
Man kann den Sky&Telescope-Artikel aber auch leicht finden,
indem man auf http://www.skypub.com sucht. Dort wird angegeben,
dass es sich um S. 89 (Gleanings for ATMs) im July 1990 Heft
handelt und der Autor ein gewisser Edward L. Jones ist.

>Ich bin zwar mit meinem Vorschlag zunächst einmal "abgebürstet"
>worden, aber wahrscheinlich deswegen, weil ich Deine "Referenzen"
>nicht mitgeliefert habe. Vorschläge gegen die Denk-, Seh- und
>Hör-Gewohnheit haben es naturgemäß schwer, manchmal sogar bei
>jüngeren Menschen.

Das habe ich gelesen und einige Einwände (etwa eine Flüssigkeit
sei kein idealer Planspiegel bzw. keine Kugelfläche vom Erdradius
oder nicht isotrop) haben mich offen gesagt etwas überrascht.
Immerhin wurden Quecksilberplanspiegel schon von der NASA zum
Test von Optiken in Autokollimation benutzt und sind nicht so
ungewöhnlich. Obendrein betreibt die Kollaboration von
E.F. Borra al. von der Laval-Universität in Kanada sogar ein 4m Spiegelteleskop mit einem rotierenden Quecksilberspiegel als Hauptspiegel zur Photographie von Galaxien im Rahmen einer Supernovasuche etc., das schon oft in Zeitschriften zu sehen war.

Aber Flüssigkeiten sind Optikern vielleicht als unorthodoxe
Lösung oft etwas suspekt. Wie ich kürzlich las, stiess Bernhard Schmidt's Vorschlag, eine Flüssigkeitslinse in einem Apochromaten einzusetzen, in den 20er Jahren bei Fachzeitschriften ebenfalls auf
Ablehnung.

Andererseits können wir Amateure uns keine 4000 Euro Planspiegel
zum Test einer einzigen Planfläche leisten. Sonst wird der Selbstbau
durch solche Hilfsmittel teurer als der Kauf einer fertigen
Optik für DM 2000 + MWSt. bei Firmen wie Lichtenknecker.

>Die Versuche, die ich zu dieser Sache hinter mir habe, waren so
>ähnlich aufgebaut: Die Lichtquelle eine Hochdrucklampe mit einem
>Ringtrafo auf einem definierten Arbeitspunkt gehalten, bei dem das
>gelbliche Licht sehr monochromatisch reagierte, (was man an den
>Interferenzstreifen sehr gut erkennen kann),

Ich habe eine 18W Natriumdampf-Niederdrucklampe mit Drosselspule
und Kondensator lt. Datenbuch von Philips benutzt. Vermutlich
hattest Du eine ähnliche Lampe. Der Vorteil der Natriumdampflampen
ist die grosse Helligkeit und günstigen Eigenschaften als Lichtquelle
für Interferometer.

>die Kollimations-Linse, plankonvex 250/1200 von einem sehr alten und
>erfahrenen Feinoptiker,

Für kleine Flächen habe ich eine grosse Plankonvexlinse benutzt,
für grössere eine Fresnellinse. Das reicht völlig, weil man
schließlich die Dicke das Wasserfilms anstatt grosser
opt. Weglängendifferenzen im Interferometer bestimmen will und
Aberrationen der Linse aufgrund der geringen Dicke
das Flüssgkeitsfilms von vielleicht 0.2-0.5 mm keine grosse
Rolle spielen. Würde man einen Luftspalt von 50 oder 1000 mm
(Laser-Interferometer) haben, sähe das anders aus.

>eine normale Glassscheibe, der Träger-Kasten der Einrichtung aus
>Schwingungsgründen an die Wand geschraubt und damit von den
>Bodenschwingungen abgekoppelt, die Wasserschüssel auf ein System von
>3 Punkten gesetzt, bei dem 2 Punkte justierbar sind,

Ich hatte 3 Einstellschrauben vorgesehen. Das Parallelstellen
der Glasfläche und Wasseroberfläche ist der kniffligste Punkt mit.
Die Einstellmechanik habe ich gegenüber dem obigen Artikel verändert.

Bei mir stand alles auf dem Boden. Die Probleme mit Schwingungen
hielten sich selbst direkt an einer Landstrasse in Grenzen.
Heute würde ich evtl. noch Sorbothane-Pads zur Isolation von
Schwingungen benutzen.

>also so ähnliche Testbedingungen, wie in Deinem Posting auch
>beschrieben. Vielleicht erreichst ja Du mit Deinem Posting, daß sich
>unsere beiden Kontrahenten doch noch ernsthafter mit diesem
>Testverfahren auseinandersetzen, denn die Grundüberlegung ist
>überhaupt nicht neu.

Ich halte den Test prinzipiell für so geeignet, weil er kein
teures Material benötigt und einen absoluten Standard nutzt.

Momentan plane ich nach guten Erfahrungen mit obigem Test
die Verwendung einer Flüssigkeitslinse zum Test meines neuen
Spiegels (Holleran-Nulltest, siehe Applied Optics, 1963 S. 1336).

Hallo Kurt und Michael!

Kurt schrieb:

>Herzlich Willkommen im Board!
>Es freut mich ehrlich, dass Leute mit außergewönlichen
>Prüferfahrungen dies hier vorbringen. Natürlich werde ich mich gerne
>an der Sachdiskussion beteiligen.

Danke, ich wollte dieses Testverfahren unverbindlich als Alternative
beschreiben und vorschlagen. Falls es irgendwelche Schwierigkeiten
mit einer Planfläche gibt, kann man darauf mit erträglichem
Aufwand zurückgreifen, um Abweichungen von der Idealform zu
erkennen.

Dummerweise bin ich gerade erst zurückgekommen, hatte dann
Computerprobleme (ich fürchte fast, dass sich ein Dialer unter Windows installiert hat, der meine Verbindung unterbrach und einen seltsamen
Requester auf den Bildschirm brachte - daher klappt nur
Internet unter Linux) und muss jetzt nochmal wegfahren, so dass ich voraussichtlich erst nach Mitternacht auf Eure Artikel antworten kann.

Ich komme dann darauf zurück.

Hallo zusammen!

Ich antworte mal zusammengefasst in einem Artikel:

Mittlerweile ist mein Rechner hoffentlich frei von Dialer-Portal-
Programmen, die ich entweder einer Recnernutzung durch meinen Bruder
kürzlich oder der URL einer Parodieseite mit Link zu einer besonders üblen Dialer-Seite in einer heutigen Mail eines Kollegen zu verdanken habe.

Dafür ist es jetzt schon so spät, dass ich die Jupiter-Beobachtung
vermutlich fast ganz streichen muss .

Kurt schrieb:

>Vorher halte ich es aber für zweckdienlich einige Missverständnisse
>auszuräumen.

Bei einigen Dingen kann es sich sicherlich nur um Missverständnisse
handeln, denn anders kann ich mir zumindest einen Einwand
nicht erklären. Dazu gleich mehr unten. Ich habe das gestern nicht
richtig zitiert, da es schon sehr spät war.

>Die ersten Prüfergebnisse sowie die weitere Vorgehensweise hab ich
>bereits veröffentlicht in dem Beitrag "größere Planspiegel,
>Aktualisierung“ " , zu finden am Ende des Eingangspostings
>http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=6387
>
>Mir wird das Messergebnis einer professionellen Prüfstelle reichen.
>Deshalb werde ich mir wohl kaum die von Dir genutzte Anlage bauen. Es
>steht dem nichts im Wege, den Test auch mit der Wasserobeflächen-
>Methode zu machen, sofern jemand die Möglichkeit dazu hat.

Das sollte auch nur ein Vorschlag sein, falls ein Test gegen eine
gute Planfläche während der Herstellung nötig werden sollte.
Ich hatte die letzten Bilder fälschlich für Simulationen gehalten,
so dass ich dachte, der Stand der Arbeiten sei noch nicht so weit fortgeschritten, da ich den Artikel nur überflogen hatte.

>sorry, ich hab mir darauf hin den o. a. Thread noch einmal
>durchgelesen und kann derartige Formulierungen dort nirgends finden.

Ich wollte das eigentlich nicht auswalzen. Da aber zumindest einige Gegenargumente vermutlich nur auf Missverständnissen zum Test beruhen, gehe ich darauf mal kurz ein.
Da wurde z.B. geschrieben, dass die Unebenheiten des Bodens durch das Öl drücken würden und die Rückseite der Platte in die Messung einginge.

Hier liegt offenbar eine falsche Vorstellung vom Test vor.

Bei diesem Fizeau-Interferometer gegen eine Flüssigkeitsfläche
wird die Vorderseite des Prüflings gegen die Flüssigkeitsfläche gemessen und Interferenz zwischen dem an der Flüssigkeit und an der Vorderseite reflektierten Licht genutzt.
Bei der Grösse der Lochblende, die ich gewählt habe, ist man auf die Nutzung relativ dünner Flüssigkeitsfilme beschränkt.
Die Rückseite und Homogenität des Glases spielt insofern keine (direkte) Rolle. Die Rückseite liegt beim Test auf dem Boden des vorzugsweise dunklen Gefässes.

Auch ist es so, dass die Flüssigkeitsfläche abgesehen vom Randbereich
-also an der Gefäßwand- in Abwesenheit von Staub und Schwingungen eine ideale Plan- bzw. Kugelfläche mit Erdradius darstellt und diese nach einer Temperierphase allerspätestens in Bezug auf den Brechungsindex auch sehr homogen ist.

Der Brechungsindex von Wasser bei 20°C und der Natrium-D-Linie
entspricht ferner dem Literaturwert von 1.333, da die zugesetzten
Tensidmengen verschwindend gering sind. Es wird nur eine kleine
Menge einer vorher verdünnten Tensidlösung zugesetzt, um die
Oberflächenspannung (die Oberfläche eines Mols Substanz enthält nur ca. 10^16 Atome/Moleküle - gegenüber 6.023*10^23 Molekülen im gesamten Volumen also eine ziemlich kleine Zahl) etwas zu vermindern. In den Brechungsindex von Mischungen gehen aber Molenbrüche und Molrefraktionen ein und der Molenbruch von Tensid beim Zusatz weniger Milligramm bis Mikrogramm pro Liter ist in sehr guter Näherung praktisch gleich Null.

Problem des Tests sind jedoch (lokale) Schwingungen insbesondere
auch durch die Drosselspule der Lampe, die deshalb entsprechend montiert werden sollte (ansonsten wackeln die Interferenzstreifen am
Rand des Prüflings etwas, wo die Wasserschicht flach wird) und Staub.

Etwas umständlich/mühsam ist auch das Parallelstellen von Prüfling und
Flüssigkeitsfläche und die Einstellung der benötigten Flüssigkeitshöhe. Im Extremfall sieht man bei zu dicker Schicht die Interferenzstreifen nicht oder diese liegen bei falscher Einstellung
extrem dicht.

>Das ist wohl wahr. Wir haben ebenso wenig die Möglichkeiten der Nasa,
>noch die eines National Bureau of Standards und des britischen
>National Physical Laboratory. Ich bin ganz sicher dass sich die
>Physiker und Ingierneure dort sehr exzessiv u. a. mit den Problemen
>der Auflösung und Reproduziertbarkeit der Rayleigh Water Tests
>beschäftigt haben. Meine erklärte Absicht war und ist es, zu zeigen
>wie man mit bekannten Amateurmitteln brauchbare Planspiegel
>herstellen und prüfen kann.

So schwierig ist es nicht, damit reproduzierbare Ergebnisse zu
bekommen. Die Nutzung von Flüssigkeitsspiegeln ist daher in
einigen Amateurpublikationen zu finden (beispielsweise bei
Macintosh, Advanced Telescope Making techniques, Vol. 2).

>PS.: Schau Dir auch auch bitte mal die Ergebnisse von "Danist" an.
>Sein Planspiegel wurde von einem fachkundigen Optiker Namens Alois
>Orther geprüft und für gut befunden.

Das mag schon sein. Ich hatte ebenfalls vor Jahren vor, den Ritchey-
Common-Test zum Test einer grossen Planfläche zu verwenden. Da ich jedoch besorgt war, Fehler zu produzieren, die nur über einen Test gegen einen guten Planspiegel lokalisiert werden können, entschloss
ich mich für den obigen Test, obwohl ich zuerst selbst einige
Bedenken hatte, und war damit ziemlich zufrieden.
Z.B. konnte man mit dem Test auch leicht das Profil einer flachen
Schmidtplatte mit der Methode ansehen, um dieses grob zu überprüfen.

Michael Moser schrieb:

>unsere Versuchsbedingungen müssen wirklich sehr ähnlich abgelaufen
>sein. Der Flüssigkeitsfilm über der Glasfläche dürfte sich nach
>meiner Schätzung bei 1-2 mm bewegt haben.

Das ist möglich. Ich habe jedoch mit einem ziemlich dünnen Flüssigkeitsfilm gearbeitet. Bei grösseren Dicken hatte ich
Schwierigkeiten mit Schwingungen und die Grösse meiner Lochblende
war auf Schichtdicken um 1 mm und weniger abgestimmt.

>Dieses Problem läßt sich dadurch leicht lösen, indem man im
>Brennpunkt dieser Kollimationslinse 250/1200 eine kleine helle
>Glühlampe setzt, die über die 45-Grad-Glasscheibe durch das System
>schickt und wie bei einer Autokoolimation wieder zurückgeworfen wird.
>Im Fokus entstehen zunächst zwei Bilder, eines von der
>Wasseroberfläche und eines von der Glasfläche, die man wie bei einem
>Fernrohr mit einem Okular anschaut. Bringt man durch die Justage der
>Wasserschüssel beide Bilder zur Deckung, dann interferieren die
>beiden dünnen Flächen.

Ich hatte damals grob anhand der Reflexe der Lichtquelle ohne Linse vorjustiert. Die Feineinstellung erforderte trotzdem etwas Fingerspitzengefühl.

>Mit dem Holleran-Nulltest werde ich mich befassen.

Den will ich in den nächsten Tagen probieren. Problem ist hier,
dass die Intensitäten (bei einem unverspiegelten Prüfling)
noch viel geringer sind, da man eine Testflüssigkeit mit einem Brechungsindex von n=sqrt(2)=1.414 für einen Parabolspiegel einsetzen muss.
Ferner muss man mit einer monochromatischen Lichtquelle testen.

Die Auswahl der Testflüssigkeit stellt auch ein Problem dar,
da viele Substanzen zu teuer, hygroskopisch, giftig oder reaktiv sind.
Ideal wäre eine Natrium-Niederdrucklampe, da Brechungsindizes
manchmal nur für die D-Linie sowie die H-alpha und beta-Linie zu finden sind. Ich wollte eine Halogenlampe mit Interferenzfilter
benutzen. Es ist aber noch nicht klar, ob ich wegen der geringen
reflektierten Intensität damit auskomme.
Es ist leider auch gar nicht so einfach, ein passendes Gefäss
zu finden, das gross genug aber nicht zu gross ist, so dass man
mit <=1 Liter Testflüssigkeit auskommt.

Uwe Suessenberger schrieb:

>ja, der Originaltitel lautet: "The Raleigh Water Test" by Ed Jones,
>Sky & Telescope, July 1990, Page 89, siehe:
>http://astro.umsystem.edu/atm/ARCHIVES/MAR03/msg00463.html

Ja, ich konnte ihn allerdings noch nicht heraussuchen, da
ich leider noch mit einem anderen Problem seit Tagen zu kämpfen
habe (Lärm), das mir die Nachtruhe seit der letzten Woche stört.

>Die zweite der hier zitierten Quellen - "A Flat Tester right Under
>Your Nose" by Richard Parker, ATM Journal, Issue 17-18, pages 22-27 -
>liegt mir vor. Bei Bedarf kann ich den Artikel an Interessierte
>weiterleiten.

Das müsste dann evtl. noch ein weiterer Artikel sein, sofern er mit
denen im Buch von Ingalls Amateur Telescope Making Vol. 1/2
und dem in Sky&Telescope nicht z.T. identisch ist.

Uwe Suessenberger schrieb:

>der Artikel ist identisch mit dem in "The Best of ATM Journal,
>Vol.2", Seite 345-356. Kurzrezension der beiden Bände in SuW 12/2003,
>S. 88.

Aha, da hatte ich diesen Titel schon mal gelesen. Band 1 hatte
ich nämlich vor ein paar Tagen bestellt. Diesen Artikel kenne
ich noch nicht.

Um vielleicht nochmal in einem Satz auf den zentralen Punkt zurückzukommen, der scheinbar einige Missverständnisse auslöste:
Der Prüfling wird nicht etwa ÜBER dem Wasser als Referenzfläche aufgehängt, sondern IM Wasser untergetaucht, so dass die
zu prüfende Fläche dicht unter der Wasseroberfläche liegt.

>Meine M6-Inbusschrauben justierte ich zartfühlends mit einem
>Inbusschlüssel. Zunächst war ich glücklich, wenn ich überhaupt viel
>Interferenz-Linien sehen konnte.

Ich hatte meine dreieckige Grundplatte so gross gemacht, dass
man mit einer Art Schrankknöpfen mit langem, feinem Gewinde
als Füssen relativ genau wenige Interferenzstreifen einstellen konnte.
Trotzdem reichte dann bereits vielleicht eine 20. Umdrehung, um anstelle von 5-6 Interferenzstreifen 20-30 zu sehen.

>An meiner Aufnahme im anderen Thread läßt sich aber die Qualität der
>Streifen zeigen.

Die Aufnahme ist schön geworden.

>Möglicherweise wäre mit Laserlicht der Kontrast der Streifen besser.

Das hatte ich auch probiert, doch bekommt man dann leicht störende
zusätzliche Interferenzen, so dass ich bei der Natriumdampflampe
geblieben bin.

>Man fügt einem Viertelliter Wasser einen Tropfen Spüli zu, vermischt
>es, wartet bis der Schaum weg ist, und gießt davon wieder wenige
>Tropfen in das eigentliche Wasserbad. Zuvor läßt man sowohl das
>Wasser, wie den Prüfling viele Stunden im gleichen Raum temperieren.

Wenn man zuviel nimmt, bekommt man auch leicht selbst bei vorsichtigem
Zusatz per Pipette zu viele mehr oder weniger störende Blasen.

>Zum Holleran-Nulltest noch eine Frage: Über der waagrechten Parabel
>steht eine Wasserlinse mit einem Brechungsindex so um die 1.33. Kann
>es sein, daß diese Linse eine Dicke von 993.2 mm hat wenn man einen
>250/1000 Newtonspiegel zugrunde legt? Für diesen Fall gäbe es eine
>Null-Lösung, wenn ich mich nicht verrechnet habe.

Wasser kann man nur für elliptische Spiegel mit kon. Konstante von
ca. -0.777 nehmen. Die Dicke der Linse sollte möglichst klein
sein. Ich bin von 8 mm ausgegangen.

Für einen Parabolspiegel braucht man eine Flüssigkeit mit
einem Brechungsindex bei ca. 1.414, um mit geringer Schichtdicke zu
messen. Als Flüssigkeiten kämen z.B. in Frage Glykoldiacetat (n=1.415, genau mit Natrium D-Licht zu messen, da im blauen und roten der Brechungsindex deutlich höher ist), Methacrylsäuremethylester (n=1.414, Rohstoff von Plexiglas, polymerisiert leider leicht, ist ziemlich flüchtig, gesundheitsschädlich und riecht stark fruchtartig; Brechungsindices im Roten und Blauen muss
ich erst per Crossfire/Beilstein nachsehen) sowie diverse andere Ester, Ether und Alkohole in Frage, die aber z.T. wegen ihres Geruchs oder physiologischer Eigenschaften wie Pentanol oder
Ethylenglykolmonopropylether eher ausscheiden.

Ich habe jetzt, obwohl ich eine alte Menge letzteren Esters für andere Zwecke besitze, einen anderen relativ preiswerten Ester (Oxalsäurediethylester) ausgewählt, der n=1.410 bei der D-Linie und eine sehr geringe Dispersion besitzt und unbedenklich sowie dank hohem Siedepunkt fast geruchsfrei ist. Nachteil ist jedoch, dass einige Kunststoffe wie PVC von ihm angegriffen werden - er findet daher als umweltfreundlicher Weichmacher Verwendung.
Bei 589 nm komme ich damit bei meinem 12.5" Spiegel und R=4 m auf etwa Lambda/50 Restfehler, bei 656 nm würde ein solcher Parabolspiegel etwa Lambda/13 Fehler zeigen.

Dummerweise hält mich die Suche nach der störenden Lärmquelle
immer noch in Atem :-((( .