Liebe Mikrorauheitsforscher.
Lange hat es gedauert, es war ja sehr viel Arbeit daran, aber jetzt ist es so weit, dass ich euch einen Erlebnisbericht schreiben kann.
Die Idee, den Lyot-Test mit einem Phasenkeil zu optimieren, ist derart überzeugend, dass ich bis jetzt unnachgiebig daran gearbeitet habe.
Der Grund war die Hoffnung, man könne damit bei jeder Dichteplatte die noch nicht ganz erreichte Lambda/4 Bedingung optimal einstellen.
Diese Erwartung hat Rainer gut geschildert:
<font color="yellow">„Mit dem von Michael auf Seite 3 verlinkten Rechner und den angegebenen Werten komme ich für 500nm Wellenlänge auf N = 2916 und eine Phasenverschiebung von 123° . Leider ist die Kurve bei 500nm recht steil .
Das tatsächliche N für eine Wellenlänge kann man zum Glück ausmessen .
Bleibt noch die Phasenverschiebung . Addiert man zu einem Einheitsvector von +90° einen weitereren Einheitsvector von +110° ergibt das einen Vector der Länge 1,97 . Hier wirkt sich der Winkelfehler kaum aus . Addiert man zu +90° -110° , bleibt ein Vector von ca. 0,34 (sin 20°) übrig ,statt Null bei -90° . Genaue Messungen ohne exakte Phase sind danach nicht möglich .
Ohne Phasenkeil ist das erste Verfahren von Lyot die "direkte Untersuchung der diffraktierten Welle " (Megathread Seite 34) möglicherweise für die Ermittlung der RMS Fehler auch nicht ungenauer wier messen mit ungenauer Phase und N .
Gruß Rainer
Ideal wäre der Lyotsche Phasenkeil den Alois in Arbeit hat , weil man damit die Phase unabhängig von der Dichte verändern kann .
Ändert man die Phasenverschiebung von +90° auf -90° oder was das gleiche bewirkt auf + 270° kehrt sich nur bei allen Strukturen die keine Phaseninversion erzeugen hell - dunkel um . Gruß Rainer „</font id="yellow">
Also habe ich zuerst einmal einen transparenten Probephasenkeil poliert mit ein wenig mehr als 4 Lambda Phasenverschiebung, um sicher zu sein.
Damit ich alles selbst probieren kann, was ich brauche.
Hier der erste Phasenkeil:
Bild 1
Gemessen habe ich ihn in Autokollimation, indem ich ihn in den parallelen Strahlengang zwischen dem Parbolspiegel ganz nahe vor den Planspiegel gestellt habe.
Im rechten Teil kann man sehen, dass ein wenig mehr als 4 Lambda Verschiebung möglich ist.
Also müsste beim Durchschieben die Wirkung der Phasendrehung viermal sichtbar sein.
Nun kommt ganz spannend die erste Messung in der Erwartung dass ich jetzt alles sehen kann was Rainer beschrieben hat.
Mit großem Staunen musste ich feststellen, dass die Lambda/4 Schritte nicht erkennbar waren, und sich statt dessen eine kontinuierliche Kontrastabschwächung
zeigte, die je nach Rauigkeit auf einer Verschiebung von 2 bis 3 Lambda den Kontrast verschwinden lässt.
Auch sind die Ripple nicht stehen geblieben, sondern an der Fläche weiter gewandert.
Jetzt musste ich überlegen wie ich euch das sichtbar machen kann. Diesmal habe ich wiederum das große Glück einen passenden Astrokollegen
In meiner Nähe zu haben. Diesmal war es Philipp Salzgeber in Wolfurt.
Er hat mir zugesagt, dies mit einer gif Animation zu machen und dies sogar mit einen Ausschnitt damit die Ripple groß genug zu sehen sind.
Es ist mein 18“ f/5 Spiegel in Autokollimation.
Hier das Gesamtbild mit den ausgesuchten Feldern.
Bild 2
Hier die Animation 1:
Bild 3
Und hier die Animation 2:
Die haben wir dazu genommen, weil hier rechts unten ein deutliches Artefakt zu sehen ist:
Bild 4
Auf der Suche dennoch eine Lambda/4 Wirkung zu finden, habe ich Philipp gefragt ob es eine Möglichkeit gibt, ein Hintergrundbild herauszulesen.
In der Hoffnung dort eine regelmäßige Wellenstruktur zu sehen die bei den Schritten eine schwache Verstärkung oder Abschwächung bewirken.
Auch das ist Philipp gelungen. Dafür möchte ich ihm hier auch in euren Namen herzlich danken.
Der Hintergrund sieht wohl eher wie ein Reflexbild aus, das von der Rückseite des Phasenkeils kommen kann.
Die anderen Artefakte werden wohl von der Übertragungsoptik kommen: Vom Betrachtungsfernrohr und den vielen Linsen des Zoomobjektivs der Kamera.
Auch die Mikrorauheit vom Planspiegel ist hier dabei. Allerdings nur mit einfacher Wirkung.
Bild 6
Um die Artefakte zu reduzieren, suchte ich eine andere Kamera und machte die Messung aus dem Krümmungsmittelpunkt.
Als Kamera bekam ich leihweise von Guntram die Nikon D80. Als Objektiv verwendete ich einen Achromaten mit passender Brenweite.
Somit konnte ich formatfüllend und mit wenig Artefakten Aufnahmen machen.
Jedoch war bei der Messung im CoC die sphärische Aberration zu groß, und ich konnte nicht nahe genug an die Dichtekante herankommen, ohne Störlicht zu bekommen.
Bei 0,3 mm Abstand jedoch wäre es gegangen. Aber da waren die Ripple zu klein, um hier etwas zeigen zu können.
Glücklicherweise habe ich auch einen 250mm f/5 von einem Hobbyschleifer, dessen Polierschale zu hart war und dessen Politur genügend grob ist.
Nun ist auch dieser zum Übungsobjekt geworden.
Hier die ganze Fläche mit der Ausschnittsmarkierung:
Bild 7
Und hier die Animation.
Man sieht ganz deutlich, dass ab 2 Lambda Phasenverschiebung der Kontrast schwächer wird.
Um eine eventuelle Verstärkung oder Abschwächung zu erkennen, habe ich Lambda /4 Schritte gewählt.
Bild 8
Und hier das vollflächige Hintergrundbild:
Bild 9
Mir erschließt sich daraus, das der Lyot-Test nicht auf die Lambda/4 Phasen reagiert, sondern statt dessen eine Reaktion auf die Weglängendifferenz zeigt.
Also musste ich einen neuen Phasenkeil machen, der mir beide Möglichkeiten zeigen kann.
Da habe ich auf meiner 100mm großen, 1,93 mm dicken Planparallelscheibe noch eine 64,8 mm lange Kante mit Dichte 2,3 gefunden.
Sie ist nicht ganz schön gerade weil es noch keine gezielte Abdeckung war, aber für die Grundlagenermittlung ist sie gut genug.
Ich habe sie ausgeschnitten, und auf der Rückseite den Phasenkeil poliert. Da der Phasenkeil bei beiden Teilen gleich stark ist, habe ich auf dieser Kante keine Weglängendifferenz, sondern nur auf der Dichteseite die gewünschte angepasste Lambda/4 Phase, die sich dann bei jeder ganzen Phasenverschiebung wiederholen müsste.
Dieser Phasenkeil sieht unter dem Interferenzkomparator im parallelen Licht, wo die Vorderseite mit der Rückseite interferiert, so aus:
Bild 10
Mit diesem Keil kann ich an der Kante auch mit anderen Dichteplatten Tests machen. Versuche haben ergeben, dass die Weglängendifferenz stimmen muss. Daher habe ich zusätzlich noch eine Platte planparallel poliert, die um ein Lambda Phasenverschiebung dünner ist, damit der Phasenkeil immer die optimale Stelle finden kann. Somit ist die Nullstelle gesichert.
Dazu Bild: 11
Und hier dieser Phasenkeil im parallelen Strahlengang der Autokollimation kurz vor dem Planspiegel:
Bild 12
Und hier die dazugehörende Animation 1
Die kleinen Wacklizitäten kommen nur von meiner noch nicht so perfekten Zustellung, die ich wegen der nicht ganz geraden Linie machen musste.
Bild 13
Die Animation 2 Bild 14
Und das dazugehörende Vollbild mit den markierten Ausschnitten.
Bild 15
Da hier keine deutliche Kontrastverstärkung und Abschwächung innerhalb einer ein ganzes Lambda Phasenverschiebung sichtbar ist,
ist erwiesen, dass der Lyottest nicht an die Lambda/4 Phase an der Dichteplatte gebunden ist.
Nun begann ich zu suchen, ob anderweitig eine Lambda/4 Reaktion zu finden ist. Deshalb habe ich die Aufnahmen bewusst in Lambda/4 Schritten gemacht.
Da war zunächst einmal nichts deutliches zu finden, bis ich einen Fall hatte bei der die Grundplatt so stak abweichend war dass ich gerade
noch was sehen konnte. Um ihre Abweichung besser kontrollieren zu können verwendete ich monochromatisches Licht und siehe da ist
die Toleranz für die Weglängendifferenz noch viel größer, aber nicht unendlich. Weil bei 0,1 mm Dickendifferenz auch hier nichts mehr zu sehen ist.
Da war auch der Kontrast besser, weil er nicht mehr von den anderen Wellenlängen überlagert wurde. Das stellte sich auch als Grund für die längere Weglängendifferenz heraus.
Somit konnte ich auch die Bewegungsschritte besser kontrollieren.
Das erforderte eine Verbesserung der Phasenkeilschiebeeinrichtung. Dabei ist es mir gelungen, diese Teile so genau zu machen, dass ich mit dem Hauptstrahlrand bis auf 0,03 mm an die Dichtekante heranrücken konnte, und somit auch große Ripple sichtbar wurden.
Das war eine gute Möglichkeit, die Lambda/4 Schritte zu kontrollieren. Man braucht nur den Mauszeiger auf einer gewünschten Stelle stehen lassen . Zum Beispiel an einer dunklen Stelle, dann sieht man dass beim Durchwandern nach 2 Schritten dort der helle Teil ist und nach 2 Schritten wieder eine dunkle Stelle dort zu liegen kommt.
Daraus ist zusätzlich zu erkennen, dass die Breite der Ripple auch immer einer Phasenverschiebung einer Wellenlänge entspricht.
Siehe hier diese Animation im monochromatischen Licht. Die großen Ripple kommen von jener Stelle, deren Strahlen auf Grund der sphärischen Aberration auf 0,03 mm nahe zur Dichtestreifenkante kommen.
Bild 16
Das ganze Bild mit Ausschnittmarkierung: Bild 17
Hintergrund Vollbild: Bild 18
Hintergrund Ausschnitt: Bild 19
Dass die Breite der Ripple auch immer einer Phasenverschiebung von einer Wellenlänge entspricht, ist auch bei
dieser Animation zu erkennen:
Bild 20
Hintergrund Vollbild kleine Ripple: Bild 21
Hintergrund Ausschnitt kleine Ripple: Bild 22
Und hier noch ein Bild, welches das Verhalten der verschiedenen Wellenlängen zeigt:
Bild 23
Aus den vorigen Animationen ist zu erkennen das die Schritte der Größe der Ripple entspricht.
Große Ripple große Schritte, kleine Ripple kleine Schritte und das ein Rippleabstand 1 Lambda Phasenschritt entspricht.
Dies könnte möglicherweise auch eine brauchbare neue Grundlage werden.
Im Vorigen Bild 11 ist zu sehen das die kurzen Wellen kleinere Ripple haben als die langen Wellen.
Das müsste sich auch bei der Weisslichtanimation sichtbar machen.
Also habe ich das auch noch gemacht. Habe die Position gewählt wo die Ripple groß sind damit man das besser verfolgen kann.
Wenn man genau beobachtet sieht man dass von Phase +0,75 bis +- 0,00 die Farbverschiebungen geringer werden
und bei den Schritten in den Minusbereich immer mehr verschoben werden, wobei die langwelligen Farben die größeren Schritte machen.
Sehr deutlich sieht man dies bei Phase - 0,50 bis – 1,50 wo rot nach rechts wandert und blau links davon zum Vorschein kommt..
Dazu die Animation Bild 24
Die Gesamtfläche mit Ausschnittmarkierung Bild 25
Nochmals vielen Dank an Philipp Salzgeber für die Erstellung der Animationen und deren Hintergrundbilder.
Viele Grüße
Alois
