Qualität von planparallelem Glas - Interferenz?

Hallo zusammen,

bin ein Neuling in diesem Forum... hallo erstmal
Ich habe den Eindruck, daß hier einige Experten unterwegs sind, die vielleicht auch zu meinem Problem eine Lösung haben.

Es geht nur indirekt um Teleskop-Selbstbau-Optik - indirekt deswegen, weil ich keine klassischen Spiegel prüfen will, sondern (zunächst mal) planparallele Glasscheiben (Dicke: 0.55mm; Größe: 100mm*200mm). Wir wollen prüfen, wie groß die Dickenschwankungen in der Scheibe sind, und da war die Idee, das über Multiple Beam Interference zu machen.

Wir halten das Scheibchen also unter eine Natriumlampe und beobachten das Interferenzmuster der von der Vorder- und Rückseite reflektierten Strahlen. Das ist in den meisten Fällen ein doch durchaus recht unregelmäßiges Streifenmuster.

Meiner Meinung nach müßte man bei einer perfekt planparallelen Platte die sogenannten Haidinger-Ringe beobachten können (Kurven gleicher Neigung). Diese Haidinger-Ringe werden dann überlagert durch die wahren Unebenheiten in der Scheibe, was dann dieses unregelmäßige Muster ergibt.

Mein Problem ist nun die Interpretation des beobachteten Streifenmusters: wie kann man davon quantitativ auf die Dicke des Glases schließen - hat da jemand Erfahrung? Echtes Bild minus Haidinger-Ringe - aber wie macht man sowas? Und wie kann ich diese Art "Höhenlinien" interpretieren; dumm gefragt: woher weiß ich, was Delle oder Beule ist? Geht das vielleicht über Verschiebung des Glases (bei Dickenzunahme müssen doch Ringe dazu quellen, während sie bei Dickenabnahme verschwinden, wenn ich mich nicht irre)?

Und: ich bin da über so Programme wie OpenFringe oder FringeXP gestoßen. Sind die für sowas zu gebrauchen? Wie würde ich damit in diesem Fall vorgehen?

Im Endeffekt werden aus diesen Scheiben übrigens tatsächlich Spiegel für Teleskope, aber das dauert noch ein wenig...

Für Input und Ideen aller Art bin ich Euch sehr dankbar!

Gruß, Megana

Ah super, vielen Dank schonmal für die Ideen!

Michael:
Das Zygo-Ding sieht ja wirklich sehr "fancy" aus. Ich habe aber doch noch die Hoffnung, daß wir das selbst irgendwie hinkriegen (es sieht eben auch wirklich sehr teuer aus...).

Robert:
jaaa genau so in etwa hab ich mir das vorgestellt. Echtes Muster minus perfekte Ringe. Ich hänge jetzt aber an der Frage: wie genau bilde ich denn diese Differenz? Also, jetzt wirklich programmiertechnisch? Ich habe ein Foto mit den beobachteten Streifen; gleichzeitig habe ich über die von Dir zitierten Formeln die Stellen, an denen die Haidinger-Ringe sein sollten. - Und jetzt?! Bild minus Bild? Abstand an jeder Stelle jedes Streifens vom Idealstreifen? Dazu kommen die Graustufen der einzelnen Ringe... Und dazu kommt, daß das echte Bild leider kein Ringmuster mit kleinen Abweichungen ist, sondern etwas äußerst unregelmäßiges. - Ich werde mal versuchen, ein Bild anzuhängen...

Und, Michael: das mit dem großen Abstand haben wir auch probiert (Du hast natürlich völlig recht: da sollten die Ringe verschwinden. Sollte in unserem Fall bei etwa 3,5m Abstand der Fall sein). Leider haben wir da immer noch sehr viele und enge Streifen - was wohl heißt, daß die Scheibe einfach große Schwankungen aufweist...

Florian: kein Schreibfehler. Wäre die Scheibe dicker, würden wir auch viel zu viele viel zu enge Streifen sehen. Sooo unstabil sind die Scheiben gar nicht mal. Die mit 0,145mm sind da schon eher mal zerbrochen... (aber da waren die Streifen auch breiter und schöner zu sehen). Wir stellen die Dinger übrigens senkrecht hin, da haben wir mit der Durchbiegung nicht so das Problem. Übrigens: auch bei waagrechter Lagerung auf den Kanten hängt die Scheibe nur um die 30µm durch (Simulation) - das Ding wiegt ja nix.

Letztlich wollen wir die Scheiben über thermisches Glasabsenken in Form bringen. Also: Scheibe auf Form, ab in den Ofen, wieder raus. Und genau dafür brauchen wir eine Abschätzung der Dickenschwankung - damit wir wissen, wie sehr die Scheibe auf der nicht-Kontaktseite von der Form der Absenkform abweicht.

Grüße,

Megana

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

Es ist unmöglich, aus einem einzelnen statischen Interferogramm die Dicken-Information zuverlässig zu errechnen. Immer dann, wenn geschlossene Streifen ("Kringel") im Interferogramm enthalten sind, kann man nicht entscheiden ob es sich um eine Beule oder eine Delle handelt.

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Und wenn ich zwei Fotos mache und die Scheibe dazwischen ein Stück verschiebe? Die Haidinger-Ringe bleiben ja an der selben Stelle, während sich die echten Unebenheiten mit dem Glas mitschieben. Das Muster ändert sich also. Das müßte mir doch eigentlich eine Information geben!

Ich werde mir aber das mit dem Fizeau-Interferometer mal ansehen, vielleicht ist das echt die schnellste / beste Lösung.

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

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Megana</i>
Und wenn ich zwei Fotos mache und die Scheibe dazwischen ein Stück verschiebe? Die Haidinger-Ringe bleiben ja an der selben Stelle, während sich die echten Unebenheiten mit dem Glas mitschieben. Das Muster ändert sich also. Das müßte mir doch eigentlich eine Information geben!<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Das könnte theoretisch funktionieren, aber ich fürchte die dazu notwendige Software wirst du selber schreiben müssen.

Gruss
Michael
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Das fürchte ich auch - und so ganz einfach kommt mir das auch nicht vor... Ich werde aber mal versuchen, da etwas Hirnschmalz reinzustecken. Und mir mal zwei solche Fotos genau anzusehen.

So, mal sehen, ob das mit dem Bild klappt:

Das zweite Bild ist gegenüber dem ersten um ca. 2cm nach rechts verschoben worden.

Ihr seht schon - so offensichlich ist das nicht, wo hier das Zentrum ist und was da noch zu den Haidinger-Ringen gehört. Die Kringel haben sich offensichtlich alle mitverschoben. Wir haben das Ganze auch in einem Abstand von , naja 1m, beobachtet - da sollten nicht mehr als 3-4 Haidinger-Ringe sichtbar sein.

Alles, was ich sehe, ist, daß an manchen Stellen die Ringe etwas breiter geworden bzw. etwas nach außen gewandert sind. Wie man das nun quantitativ machen soll, ist mir noch ein bißchen ein Rätsel...

Ich habe es sogar schon geschafft, die Bilder in SW-Linienprofile umzuwandeln (GIMP und ein bisserl Spielerei machen's möglich).

Robert:
Das mit den Schnitten rund im das "Zentrum" hatte ich mir auch so vorgestellt - und dann kann man wunderbar sehen, wo die Streifen nach außen verdrückt scheinen (Beule) oder nach innen (Delle).
Tja, und dann hab ich das Bild angeguckt...

Die Scheiben haben übrigens eine angebliche Qualität von bis zu 10µm Dickenschwankungen. Könnte in etwa hinkommen - bei der Wellenlänge wären das ja um die 30 Streifen. Nur "greifbar" ist die Sache für mich noch nicht...

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

du hast doch einfach deinen Holztisch aufgenommen! [;)] Das sind ganz tolle Aufnahmen, würde sie fast als Kunstwerk an die Wand hängen... *g*

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Gell, so ein Olivenholz-Schreibtisch ist schon was feines [:p]

Tja, schön wärs. Leider muß ich mit den Dingern arbeiten. Ich habe hier als zweites Beispiel noch eine Scheibe:

Gleiche Größe, gleiche Dicke, gleiche Glassorte, aber eben nicht die <i>selbe</i> Scheibe.

Nachdem die Haidinger-Ringe der perfekten Scheibe ab einem gewissen Beobachtungs-Abstand keine Rolle mehr spielen (schon im ersten Bildpaar haben sie ja kaum noch Einfluß gehabt), handelt es sich hier im Prinzip schon um das echte Höhenprofil der Scheibe.
Das mit den Sattelpunkten ist sicher auch richtig, wie Michael es sagt. Also, für Kosmologen: k = -1 an solchen Stellen, während k = +1 an den Kringel-Mittelpunkten (ist das jetzt sehr geeky, wenn das mein anschaulichstes Bild ist... [:)] )

Ich hänge aber einfach gedanklich noch an dem Punkt fest, wo ich anfangen soll mit der Interpretation... Ich bilde mir ein, wenn ich von einem Kringel-Mittelpunkt weiß, ob es eine Beule oder Delle ist, dann ist doch das ganze Bild damit eindeutig festgeleg. Und im ersten Bildpaar stelle ich ja - durch die Verschiebung von ein paar Zentimetern - auch einen Unterschied fest. Da muß diese Info doch irgendwie drinstecken - ich weiß aber einfach noch nicht, wie ich die "festnageln" kann!

Mit einem Interferometer mit Referenzfläche und so wäre es natürlich auf jeden Fall sauberer. Aber ich möchte jetzt nicht alles umbauen und erweitern müssen, wenn ich doch (wie ich meine) schon so nah dran bin...

Marty:
Da hast Du recht - aber im Endeffekt sollen die Scheiben auch <i>deutlich</i> besser werden als 10µm. Wir wollen durchaus in den Bereich von wenigen nm mit der Oberflächenqualität, aber als Testobjekte haben wir natürlich noch nicht so gute (also teure) Scheiben da. Jetzt geht es erstmal darum, das Prinzip technisch und analytisch in den Griff zu kriegen.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: starrookie</i>
<br />Der Abstand zwischen 2 Ringen ist doch immer lambda - vom Zentrum nach außen zunehmend. Du kannst also die Helligkeit an jedem Punkt auf einen Wellenlängenunterschied zum Referenzpunkt zurückrechnen. Dann noch den Winkel aus dem Wellenlängeunterschied zum Idealfall rausrechnen, und über den Winkel zum Dickenunterschied zurückrechnen. Fertig.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Fast - der Abstand ist Lambda/2. Ja, und das Problem ist dann eben genau der Referenzpunkt. Ein Kringel ist ein Extremwert, soviel ist klar - das heißt, so lange es sich nicht um das Haidinger-Zentrum handelt(!). Aber: geht's von dort aus bergauf oder bergrunter?

Günther:
Der Bildausschnitt entspricht der gesamten Scheibe von der Größe 10 * 20 cm. Wie Du das mit den parallelen Streifen als Strahlteiler meinst, ist mir noch nicht ganz klar...

Raphael:
Wie sieht denn ein klassisches Haidinger-Interferometer aus - und wie genau komme ich damit an die Eindeutigkeit Minimum-Maximum?

Frank:
Du hast recht, es wird sich mit der thermischen Umformung ändern. Und wie sehr es sich ändert, genau das wollen wir herausfinden. Ergo: Messung sowohl vor als auch nach der Umformung.

Hier wäre als Beispiel nochmal die erste gezeigte Scheibe; erstes Bild: vor der Umformung, zweites: danach.

Aber das mit der verformten Scheibe und den unterschiedlichen Winkeln, unter denen man draufguckt, richtig zu interpretieren, das ist nochmal ein ganz anderes Paar Stiefel... Ihr seht schon, daß die Unterschiede am Rand größer sind; da ist der Winkelfehler auch am größten... Naja, aber alles der Reihe nach.

Erik:
Danke [:)]
Erwärmen?! Interessante Idee... Du meinst also, durchs Erwärmen gleichen sich die Unebenheiten aus? Muß ich mal drüber nachdenken...

Ich bilde mir inzwischen ein, daß eine leichte Zunahme der Ringe nach Verschiebung (im allerersten Bildpaar) vom Zentrum weg eigentlich nur ein Minimum bedeuten kann: wäre es ein Maximum, müßte eine Abnahme der Ringe stattfinden, da die Weglängendifferenz nach außen hin abnimmt, und eine Dickenzunahme der Scheibe diese Abnahme quasi kompensiert. Eine Verdünnung würde jedoch die Weglängendifferenz noch kleiner machen und somit mehr Ringe produzieren. - Oder bin ich hier auf dem Holzweg?!

Und jetzt sollte ich das ganze noch mathematisch in den Griff kriegen - und das beobachtete Muster konkret in ein Höhenprofil umwandeln.

Sooo, jetzt hab ich meine These "empirisch" nachgewiesen:
Ich habe eine der Scheiben mit dem optischen Sensor vermessen und danach im Interferometer fotografiert, und weiß nun genau, welcher Kringel ein Berg und welcher ein Tal ist. Es ist so, wie ich mir das schon mit gesundem Menschenverstand aus den Fingern gesogen habe: Verschiebung vom Zentrum weg und Zunahme der Ringe heißt Berg, entsprechend umgekehrt. Das heißt: hab ich einen Berg eindeutig identifiziert, ist der Rest der Scheibe klar.

Und jetzt kommt der schwierige Teil: wie bringe ich dem Compu bei, das Foto in ein Profil der Scheibe umzuwandeln? Hobby- oder Profiprogrammierer? Irgendwer...? Mit Knetmasse könnt ich's basteln (sprich: die Info ist komplett); nur wie sagt man dem Computer "wenn hier Berg, dann eins weiter -Lambda/2 bis Sattelpunkt, dann wieder Berg bzw. wenn bis Kringel dann Tal"... Oh oh (ich sollte mal einen Kurs "Programmieren für militante Anti-Programmierer" belegen)...