Bath interferometri

[awallin]

Olin aina luullut että interferometriin tarvitaan kallis ja tarkka referenssielementti, mutta alkuviikosta googlaamalla löytyi Bath interferometri näiltä sivuilta:
http://starryridge.com/mediawiki-1.9.1/

heitin laitteen kasaan tänään, siihen ei tosiaan tarvita kuin laser, 50/50 beamsplitteri, peili, ja lyhyt (f=10...20mm) linssi joka laajentaa sädettä sopviasti.
Hyllystä sattui löytymään 'optiikkaleegoja' sopivasti:

toisaalta moni on kasanut näitä ihan kotikonsteinkin: http://starryridge.com/mediawiki-1.9.1/index.php?title=Photo_Gallery

pienen säätämisen jälkeen fringejä sai näkyviin. interferometri ja peili olivat eri (melko huteroilla)pöydillä, ja koko hommaa testasin isossa huoneessa jossa varmasti paljon ilmavirtauksia.
http://www.youtube.com/watch?v=1hYzuMFK3V0

kunhan tämän siirtää rauhallisempaan paikkaan, ja ehkä vielä kasaa pahvilaatikoista tuulisuoja-tunnelin säteelle, niin eiköhän saada interferogrammeja joista peilin muodon saa laskettua!

[Lauri Kangas]

Vaikka töikseen tekee laserinterferometriaa ja kirjoja aiheesta on tullut luettua liikaakin niin aina tuottaa vaikeuksia hahmottaa näitä henkimaailman juttuja. Mitä noista interferogrammeista voi päätellä ja miten?

[awallin]

normaalissa Michelson interferometrissä fringe-etäisyys (eli vaikka mustasta raidasta seuraavaan mustaan) on 1/2 aaltoa, eli referenssipeilin ja testattavan peilin pinnat eroavat toisistaan 1/2 aaltoa kun liikutaan interferogrammissa yhdestä mustasta raidasta toiseen kohtisuoraan raitaa vasten.
Bath interferometrissä tuo luku taitaa olla 1/4 aaltoa(?).

Analyysejä on kait kahdenlaisia. Joko seurataan muistia raitoja ja yritetään niihin sovittaa polynomi tms. Kun kaikki raidat on selvillä voi raitojen etäisyydestä laskea peilin muodon. Näissä interferogrammeissa ilmeisesti yleensä säädetään peili melko suoraan interferometriin nähden jolloin raitoja tulee ehkä 10-20 kpl peilin pinnalle. Suosittu analyysiohjelma näyttää olevan FringeXP
http://www.ceravolo.com/FringeXP/FringeXP.htm

Toinen tapa on tiltata peiliä hieman enemmän, jolloin raitoja tulee paljon enemmän (ehkä 100 tai enemmän). Näitä voi analysoida Fourier muunnoksen avulla. OpenFringe:ssä on tämä ominaisuus.
http://sourceforge.net/projects/openfringe/

Yritän saada parempia interferogrammeja kuvattua lähiaikoina ja laitan tänne kuvia niistä sekä analyysistä.

Anders

[Lauri Kangas]

Mistä tuossa siis saadaan paraboloidin referenssi? Hahmotusvaikeuksia tulee, kun tutuissa sovelluksissa biimiä on korkeintaan kutistettu ja detektoinnissa ei ole kuin yksi pikseli. :)

[awallin]

Referenssisäde lähtee kollimoituna peilille ja tulee myös kollimoituna takaisin. Beamin koko on ehkä 2-3mm, joten se kohtaa käytännössä hyvin tasaisen osan peilistä. Tässä wikistä Bath interferometrin kuva:

Eli referenssi on 'tasopeili', ja ohjelmilla pitää interferogrammin analyysin jälkeen sitten verrata muotoa haluttuun (esim paraboloidi).
Täältä löytyi paraboloidin interferogrammi:

eli paraboloidin raidat eivät kuulukaan mennä suoraan näissä kuvissa.

Sain tänään kuvia interferogrammeista, ja seuraavaksi pitää opiskella ohjelmien käyttöä:

[awallin]

Kasasin nyt pienemmän version interferometristä, perustuen diodilaseriin, ja laitoin sen mikrometriruuvien varaan X/Y/Z akseleissa. Mikrometrejä käyttäen on helppoa säätää kuinka monta fringe:ä peilin pinnalla näkyy. Vielä pitää hieman parantaa intensiteetin tasaisuutta. Kohta olisi tarkoitus ruveta peilin muotoilua tekemään ja samalla tarkkailla muotoa tällä interferometrillä. OpenFringe kertoo nyt että ollaan 1/12 RMS aallon päästä pallosta, mutta jotain 1/4 RMS aallon päästä paraboloidista. (peilin parametrit f=1440mm, d=240mm)

[awallin]

valaistusta saatiin tasaisemmaksi ekspandoimalla sädettä lisää. Nyt säde on ehkä 1m halkaisijaltaa peilin kohdalla - paljon valoa menee siis hukkaan, mutta käyttämällä vain beamin keskikohtaa valaistus on melko tasainen ja fringe-kontrasti tasainen peilin koko pinnalla.

OpenFringe:llä kun analysoi ja vertaa pallopintaan on tulos ihan OK, noin 1/27 RMS virhettä:


muotoilulla pitäisi sitten saada tuo paraboloidiksi, siihen on jonkunverran matkaa. tässä vertailu paraboloidiin:

keskeltä pitää saada jotain 500nm tavaraa pois. ilmeisesti nyt kannattaa valaa n. D/3 kokoinen piki-työkalu, ja sillä lyhyillä edes takaisin liikkeillä peilin keskellä syventää keskustaa?

pari kuvaa lisää blogissa:
http://www.anderswallin.net/2008/12/bath-interferometer-v2/

[hm]

keskeltä pitää saada jotain 500nm tavaraa pois. ilmeisesti nyt kannattaa valaa n. D/3 kokoinen piki-työkalu, ja sillä lyhyillä edes takaisin liikkeillä peilin keskellä syventää keskustaa?

Jos oikein alempaa kuvaa tulkitsen, saadaan peilistä paraboloidi kuluttamalla keskustan kukkula ja kohoreunat sinisen välivyöhykkeen tasoon. Käytännössä tällainen reunan ja keskustan kuluttaminen on perin vaikeaa, sillä pienellä kiillotustyökalulla syntyy helposti vyöhykevirheitä ja epätasaista pintaa. Useimmat peilini olen muotoillut syventämällä pallopinnan paraboloidiksi, joka ainoastaan reunaltaan sivuaa alkuperäistä pallopintaa. Tällöin poistettavan lasin määrä kasvaa ja polttoväli hieman muuttuu pallosta, mutta muodon tekeminen on huomattavasti helpompaa. Muotoiluun halkaisijaltaan n. 60 %:n pehmeähkö kiillotustyökalu, jota liikutetaan pitkin ja vaihtelevin työnnöin. Jos peili ei ota riittävästi syventyäkseen, voi pikeä hieman pienentää tai pehmittää lämmittämällä ennen muutaman minuutin muotoilusessiota. Painavaa kättä käyttämällä 20 cm:n F/5 peilin pystyy kaivamaan kymmenessä minuutissa liian syväksi, joten muodon kehittymistä kannattaa seurata tiiviisti.

Hannu Määttänen

[jaava]

Perskuta että on teknisen ja hienon näköinen interferometri, sekä nuo graafit joita saat aikaiseksi.

Voisitko innostua kirjoittamaan enemmänkin interferometrisi rakentamisesta. Mistä saa osia, mitkä osat ja mitat kriittisiä jne. Ja paljon kuvia:). Tiedä vaikka jos ihan tuon takia innostuisi rakentamaan omankin peilin.

JV

[awallin]

Kun interferometristä on enemmän kokemusta voin kirjoitella lisää ja ottaa kuvia.

Osia on vain muutama (kts musta kaavio-kuva):
- valonlähde, tyypillisesti laserdiodi esim laserpointterista tms, mutta myös kaasu HeNe tai muu laseri käy jos löytyy hyllystä
- säteenjakaja, 50/50, ei polarisoiva, eli jakaa säteen kahteen osaan. Tyypillisesti 0.5" eli n. 12.5mm kuutio.
- peili
- lyhytpolttovälinen linssi joka laajentaa säteen selvästi isommaksi kuin peilin halkaisia kun laser+linssi ovat kaarevuussäteen matkan peilistä. käytännössä f=5..15mm ehkä. linssin halkaisija tulisi olla pieni koska probe-beami ja referenssi-beami kulkevat vierekkäin, ja ne olisi saatava alle 10mm toisistaan (Bath interferometrin astigmatismin minimoimiseksi).

mikään komponentti ei ole kovin kriittinen tai pitäisi olla huippulaatua. laserpointtereita saa monesta paikasta, säteenjakaja ja linssi pitää löytää jostain erikoisliikkeestä (ehkä teknofokus, tai www.edmundoptics.com tai vastaava). peili on oltava 'first-surface' tyyppiä, vaikka pala newtonin apupeilistä tms.
amatöörille komponenttien kiinnitys tukevasti, ja koko interferometrin paikan säätö-mekanismi voi olla hankala. Minun kuvissa laser ja peili on sijoitettu tilt-säädöllä oleviin optiikka-mountteihin. Käytännössä kuitenkin kaikki interferometrin komponentin säädetään kerralla paikoilleen eikä niitä sen jälkeen tarvitse juuri säätää.

Sen sijaan koko interferometrin sijoitus tarkasti X, Y, ja Z, suunnassa on melko tärkeää käytön helppouden kannalta. Optisen akselin suunnassa ensin fokusoidaan laiten niin että raidat ovat suoria peilin pinnalla, ja sitten sivuttain ja ylös/alas ruuveilla voi säätää raitojen määrän peilin pinnalla.
Minä löysin kaikki osat hyllystä/miljoonalaatikosta (jotain hyötyä pitää olla siitä että on yliopistolla töissä... :), uutena samantapaisiin thorlabs (www.thorlabs.com) kiinnityksiin ja mikrometreihin saa varmasti 1000eur palamaan, mutta esim interferometry wiki:stä löytyy hyviä tee-se-itse esimerkkejä siirto-asteista ja komponenttien kiinnityksistä:
http://starryridge.com/mediawiki-1.9.1/index.php?title=Bath_Interferometer#Examples

parin seuraavan viikon aikana olisi tarkoitus kokeilla muotoilua kevyesti ja lyhyesti, ja aina välillä ottaa interferogrammeja jolloin toivottavasti muodon muutoksia näkyy.

Anders