Beiträge von mkoch im Thema „Lochinterferometer, einfach und brauchbar“

Hallo Kurt,

hast du dran gedacht bei dem Freiluft-Versuch das Loch zu verkleinern?
Beim Test im Krümmungsmittelpunkt hast du einen f/10 Lichtkegel, und das Beugungsscheibchen hat 13.4µm Durchmesser. Beim Freiluft-Versuch ist der Lichtkegel aber f/5, und das Beugungsscheibchen ist nur noch halb so gross. Wenn man sicherstellen möchte dass die Referenzwelle perfekt sphärisch ist, dann darf das Loch nicht grösser als das Beugungsscheibchen sein. Andererseits glaube nicht dass durch ein etwas zu grosses Loch grosse Fehler entstehen.

Wo nun die Unterschiede zwischen PDI Messug und Bath-Interferometer Messung herkommen, da habe ich im Moment auch keine Idee. Gibt es eine Foucault-Vergleichsmessung, und wenn ja wie sieht die aus?
Wir sollten diesen Spiegel mal mit dem Zygo-Interferometer vermessen.

Gruss
Michael

Hallo Kurt und Hans-Jürgen,

> Mit 1500mm Brennweite und einem Abstand von 54m zum künstlichen Stern komme ich auf eine CC von -0.89 für eine perfekte Abbildung. Müsste dann nicht für die Auswertung eine CC von -0.011 eingegeben werden?

Wenn schon dann -0.11, wobei ich mir bei dem Vorzeichen allerdings noch nicht so ganz sicher bin.

Bei dem Freifeld-Versuch stört mich die Tatsache dass vor der Laser-Diode eine Linse sitzt. Den Wellenfront-Fehler dieser Linse würde ich als Unbekannte betrachten die voll ins Messergebnis eingeht.
Ich würde lieber den anderen (roten) Laser ohne Linse verwenden, in der Hoffnung dass das Interferogramm dann noch hell genug ist

Gruss
Michael

Hi Thomas,

> Wieviel Zeit hat man denn da so? Eine Sekunde? Ich könnte auch radial scannen, in 20deg Schritten z.B., das ginge schneller.

Jetzt müssen wir erst mal klarstellen über was für ein Interferometer wir reden:

a) Equal Path, also gleiche Weglänge für Referenz- und Teststrahl, z.B. das Point Diffraction Interferometer. Hier spielt die Stabilität der Wellenlänge überhaupt keine Rolle, es würde ja sogar mit Weisslicht funktionieren. Also hast du beliebig viel Zeit zum scannen, und die Interferenzstreifen müssten eigentlich stabil stehen bleiben.

b) Unequal Path Interferometer, also unterschiedliche Weglänge für Referenz- und Teststrahl, z.B. Fizeau Interferometer. Hier besteht eine ganz extreme Anforderung an die Stabilität der Laser-Wellenlänge, und wenn die nicht gegeben ist, dann driften die Streifen mehr oder weniger schnell weg. Ich hab mal ein Beispiel ausgerechnet:
Wenn man einen Spiegel mit 3m Krümmungsradius mit einem Fizeau-Interferometer vermisst, dann ist die Weglängen-Differenz 6m. Wenn der Phasenhub-Fehler kleiner als 10% sein soll, dann muss die Wellenlänge auf besser als 0.01 pm stabilisiert werden. In Worten: 0.01 Picometer oder 0.00001 Nanometer. Und zwar so lange, bis ein Interferogram digitalisiert worden ist. Das dürfte ca. 2 bis 5 Sekunden dauern, weil die IR-empfindlichen Röhrenkameras einen üblen Nachleucht-Effekt haben, d.h. man muss erst mal ein paar Sekunden warten bevor man ein Bild digitalisieren kann.

Ich fürchte es wird nicht genügen den Laser-Strom und die Temperatur zu stabilisieren. Ich hab's aber noch nicht ausprobiert. Die nächste Idee wäre den Laser aktiv zu stabilisieren, also die Wellenlänge über ein Michelson-Interferometer (100m Wegdifferenz mit Faseroptik) zu messen und dann den Laser-Strom entsprechend zu regeln, so dass die Wellenlänge im geschlossenen Regelkreis konstant bleibt. Keine Ahnung ob's funktioniert, muss ich noch ausprobieren.
Die Holografie-Profis verwenden auch so eine ähnliche Stabilisierungs-Schaltung:
http://www.stabilock.com/

> (Jaja, wir sind schon ziemlich weit ab vom Urspungsthema - Interferometer für jedermann).

jaja, aber es ist ein interessantes Thema.

Gruss
Michael

Hallo Kurt,

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

1. Bei grossen und/oder schnellen Parabolspiegeln wird die Streifen-Dichte zu gross, wenn man vom Krümmungsmittelpunkt aus testet. Die Grenze ist durch die Zeilenanzahl der CCD Kamera gegeben. Wenn man 1550nm statt 633nm nimmt, dann wird die Streifen-Dichte ca. um den Faktor 2.5 kleiner.
2. Bei 1550nm kann man unpolierte (feingeschliffene) Flächen testen. Das ist ein grosser Vorteil bei starken Asphären, bei denen die endgültige Form bereits beim Feinschliff erzeugt werden muss, weil man sonst beim Polieren viel zu viel Material abtragen müsste.
3. Beim Fizeau-Interferometer kann der fehleranfällige Piezo-Phasenschieber entfallen, weil man stattdessen die Laserdiode in der Wellenlänge modulieren kann. Und da 1550nm DFB Laser in Telecom-Anwendungen weit verbreitet sind, gibt es auch günstige Restposten. Im Gegensatz zu roten DFB Lasern.
4. Ich verweise auf den interessanten Artikel von Peter de Groot:
http://zygo.com/library/papers/proc_2248_136.pdf

Gruss
Michael

Hi Thomas und Kurt,

> Bis 1um Wellenlänge geht es aber auch noch mit normalen CCDs, teilweise bis 1.1um. Darüber mit 1.5 und 2.2um InGaAs Photodioden, die man für 50 Euro kaufen kann.

Es gibt auch billigere, z.B. bei Roithner Lasertechnik, und bei Ebay gibt's auch gerade welche für $8.99, Nummer 150009019873.

> Allerdings müßte man dann auch noch das Bild xy scannen, ggf. mit Lichtleitern, was die Sache weiter deutlich kompliziert,

Das ist wenig praktikabel, weil es zu lange dauert. So lange bleibt der Laser nicht stabil, und die Streifen würden wegdriften.
Man braucht eine Kamera, die im entsprechenden Spektralbereich empfindlich ist. Leider ist sowas selbst auf dem Gebrauchtmarkt noch ziemlich teuer.
Ich habe mich etwas mit dem Thema beschäftigt und meine bisherige Zusammenfassung findest du hier:
http://www.astro-electronic.de/faq3.htm#3

> und eine passende Lichtquelle bzw. Laser braucht man auch noch.

Das ist das kleinere Problem. DFB Laser für 1550nm gibt's bei Ebay für $50-$300. Dazu noch ein guter Laser-Controller für $500-$1000.

> 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 verbundenebn Augen zu kollimieren. Oder gibt es da einen einfach zu realisierenden Trick?

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.

Gruss
Michael

P.S. Ich suche noch ein Objektiv mit C-Mount Anschluss das für 1550nm optimiert ist.

Hallo Kurt,

> Wenn ich das richtig im Kopf habe beträgt die größte Abmessung des strahlungsaktiven Teils der Laserdiode 10.000 nm.

Wie hast du denn das gemessen? Ich hab gerade mal versucht eine billige rote Laser-Diode unterm Mikroskop zu vermessen, wobei ich den Strom so klein eingestellt habe dass die Helligkeit angenehm war (also unterhalb der Laser-Schwelle). Lässt sich aber mit meinem Mikroskop nicht gut ausmessen. Aber die Grössenordnung scheint ungefähr zu stimmen mit ca. 10-20um.

> Wenn man es besonders gründlich machen will, dann müsste man auch noch das Bild der künstlichen Sterns mittels einer Lochblende im Fokus der Projektionsoptik "reinigen". Der Durchmessen müsste dann kleiner sein als das Airy- Disk des zu prüfenden Spiegels in AC.

Und dieser Durchmesser dürfte doppelt so gross sein wie nach der bekannten Formel

Durchmesser_Airy_Disk = 2.44 * lambda * f / D

zu erwarten wäre, richtig?

> Das ist im Prinzip das gleiche wie beim PDI- Filter, nur lässt dieses auch noch Licht außerhalb der Lochbende durch.

Klar, das ist dann ein Raumfilter der eine perfekte sphärische Wellenfront erzeugt.

Gruss
Michael

Hallo Kurt,

ich möchte hier noch einen anderen Aspekt des PDI Interferometers ansprechen, der mir noch etwas Kopfzerbrechen bereitet.
So wie das PDI in der Literatur* beschrieben wird, dient es zum analysieren einer Wellenfront. Das Referenzsignal wird ebenfalls aus dieser Wellenfront erzeugt.
Jetzt hast du aber eine Laserdiode als Lichtquelle verwendet, und ich vermute mal dass die Licht-Austritts-Fläche des Lasers grösser ist als das Beugungsscheibchen des zu testenden Spiegels. Könnte es nicht sein dass dadurch Messfehler entstehen?

* Daniel Malacara, Optical Shop Testing, Kapitel 3.7

Gruss
Michael