Самодельный интерферометр

[INPan]

Этот вариант где-то писан в литературе - кажется с отдельно установленным юстируемым плоским. Есть действующий образец.

 

Здравствуй Фидель, спасибо за ответ, но я думаю что это другая схема.

Так оно и есть. Как смог, попробовал разобраться в приведённых Фиделем фото. Думаю, что в схеме интерференция происходит за счёт 2-х плоских фронтов, как в ИФ контроля плоских поверхностей.

А эта схема уже совсем не для бедных. Тут плоский эталон полноапертурный. Хотя ни кто не запрещает стрельнуть из центра кривизны.
Но всё равно, нужна хорошая качественная оптика. Ибо сферичкуа, которую внесёт рбъектив не компенсируется как с Басе.
....или всё-таки компенсируется?

[Оганес]

А эта схема уже совсем не для бедных. Тут плоский эталон полноапертурный. Хотя ни кто не запрещает стрельнуть из центра кривизны.
Но всё равно, нужна хорошая качественная оптика. Ибо сферичкуа, которую внесёт рбъектив не компенсируется как с Басе.
....или всё-таки компенсируется?

Нет Игорь, плоский или сферический эталон не входят в систему интерферометра, а входят  в систему контроля. У нас типичный пример разноплечного интерферометра Тваймана-Грина, только с отсутсвием маленькой эталонной сферы, место неё действует наша маленькая линза как у Баса, по этому  "для бедных". А компенсируется или нет сферичка кубика: надо смотреть на схему Тваймана-Грина, я  так понимаю.

[I.Honta]

Так оно и есть.

Совершенно верно, разница есть.

Писал в личку, напишу и тут: фронт одной ветви будет повернут на 180^о относительно другой, поэтому о измерениях говорить не приходится, если нет просто идеальной фокусирующей линзы.
Проходили уже.
И еще: точку фокуса линзы лучше сместить ближе к граням кубика чтобы уменьшить сферичку из-за разницы положения фокусов зеркала.

У Малакары в разделе интерферометров сдвига есть схема с зеркальным кубиком.

И куда девать блики от всего этого  - непонятно

[Оганес]

Проходили уже.

если можно покажите где проходили. И про какие блики идет речь если в кубик не попадает параллельный точечный лазерный луч.
И  участок ,где должна происходить интерференция вы убрали.

[I.Honta]

в каком это смысле "убрал участок где происходит интерференция"?
И что показывать, если идея мертва по описаным выше причинам?  Полоски показывает, но о точных измерениях говорить не приходится.
Если есть Бас, то взяв из него кубик, линзу(или другую) и плоское зеркальце можно собрать и такой вариант интерферометра.

[Gleb1964]

Уважаемые знатоки, внимание, вопрос!
На сколько будет отличаться волновой фронт отражённый сферическим зеркалом с ROC 2 метра от волнового фронта отражённого  эллиптическим зеркалом с тем же ROC с фокусами эллипса разнесёнными на 25мм вдоль оптической оси?
В первом случае точечный источник находится точно в центре кривизны сферы, во втором в одном из фокусов. Как будет выглядеть интерференционная картина этих фронтов?
Ох не знаю, правильно ли спросил? Может что не цензурное написал?

Внимание, ответ:
Формула максимального отклонения от ближайшей сферы асферической поверхности с константой \(k = - \epsilon^{2} \) (см. Михельсон, Оптические телескопы. стр 134):
\( \delta_{max} = \frac {kDA^{3}}{4096} \)
Если мы контролируем сферу не строго из радиуса кривизны, а со смещением вдоль оси, так что между изображениями расстояние \( 2c \), то строго плоский рельеф дает эллипс с коэффициентом \(k = - \epsilon^{2} = -\frac {4c^{2}}{\left [ R+\sqrt{(R^{2}+4c^{2})}\right ]^{2}} \).
Например, если зеркало \(R = 1600 mm, F=\frac {R}{2}= 800mm,  D = 400mm, A = \frac {D}{F}=2.0 \), \( 2c = 25mm \), то \(k = -0.000061028 \), то максимальное отступление от ближайшей сферы 0.745нм, или чуть более тысячной доли длины волны видимого света.
Величина ничтожная, даже для такого крутого зеркала (специально взял покруче). Стало быть, игра не стоит свеч - не стоит модифицировать схему Баса для такого случая. Астигматизм схемы весит существенно больше.

[algerdn]

Товарищи, извините, что перебиваю, очень интересная тематика.

Давайте подведем промежуточные результаты по интерферометру Баса:
1. Преимущества
2. Недостатки
3. Относительные отверстия зеркал (диапазон для нормального результата).
4. Виды зеркал, подходящих для Баса.
Финальный вердикт: игрушка, можно пытаться, не стоит времени?
Сделал ли кто-то сравнения 2-3 зеркал по Басу и Твайману? Можно результаты? (здесь я видел только 1 сравнение, могу ошибаться).
Тут еще и красивый документик сотворили http://astro.chubukov.com/sites/default/files/webform/samodelnyy_interferometr_basa_bath_interferometer.pdf

[INPan]

Уважаемые знатоки, внимание, вопрос!
На сколько будет отличаться волновой фронт отражённый сферическим зеркалом с ROC 2 метра от волнового фронта отражённого  эллиптическим зеркалом с тем же ROC с фокусами эллипса разнесёнными на 25мм вдоль оптической оси?
В первом случае точечный источник находится точно в центре кривизны сферы, во втором в одном из фокусов. Как будет выглядеть интерференционная картина этих фронтов?
Ох не знаю, правильно ли спросил? Может что не цензурное написал?

Внимание, ответ:
Формула максимального отклонения от ближайшей сферы асферической поверхности с константой \(k = - \epsilon^{2} \) (см. Михельсон, Оптические телескопы. стр 134):
\( \delta_{max} = \frac {kDA^{3}}{4096} \)
Если мы контролируем сферу не строго из радиуса кривизны, а со смещением вдоль оси, так что между изображениями расстояние \( 2c \), то строго плоский рельеф дает эллипс с коэффициентом \(k = - \epsilon^{2} = -\frac {4c^{2}}{\left [ R+\sqrt{(R^{2}+4c^{2})}\right ]^{2}} \).
Например, если зеркало \(R = 1600 mm, F=\frac {R}{2}= 800mm,  D = 400mm, A = \frac {D}{F}=2.0 \), \( 2c = 25mm \), то \(k = -0.000061028 \), то максимальное отступление от ближайшей сферы 0.745нм, или чуть более тысячной доли длины волны видимого света.
Величина ничтожная, даже для такого крутого зеркала (специально взял покруче). Стало быть, игра не стоит свеч - не стоит модифицировать схему Баса для такого случая. Астигматизм схемы весит существенно больше.

Вооот! Именно этого вердикта я и ждал! Спасибо, Глеб!!!
Только вот язык на котором формулы написаны мне, тупому вояке, не понятен к сожалению. Но разберусь всё равно.
И, как я понял, то, что у Баса входящий и исходящий конусы имеют разную длину (разница в несколько сантиметров), всё это ерунда?

[Gleb1964]

Могу себе представить модификацию Вашей схемы, но вместо двояковыпуклой линзы использовать вогнутое сферическое зеркало, при этом точка C1 (и зеркало) помещается сверху C2 (прямо над призмой) - тогда и астигматизм минимальный. Но надо проверить такой вариант в Zemax.

Сделал в Zemax-е вот такой вариант Баса - только кубик со стороной 10мм и одно вогнутое сферическое зеркало D 10мм, R = 20мм. Расстояние между пучками 5-6мм. Есть потенциал сделать еще меньше. Минимум поверхностей. Те поверхности, которые есть, максимально компенсируются в противоходе между референсным и тестовым пучком.
 

[TelevueFan]

Резонный вопрос. Если луч будет проходить так, как показано на рисунке. Грани (кубика) подрежут изображение (?). Для зеркала сравнительно большого диаметра и небольшим ROC. Например для моего 24" f/3.3

[TelevueFan]

Изображение моего 14 дюймового телескопа, если убрать bi-convex линзу. По сути их два (изображения).
Если луч немного сдвинуть от центра 10 мм кубика, грань начинает подрезать картинку.

[Gleb1964]

я делал симуляцию со сферическим зеркалом до относительного отверстия 1:2.5, лучи проходили. У параболы из центра кривизны пучок будет шире, поэтому, возможно, лучи на таком относительном и при больших диаметрах могут подрезаться.  К тому же, на реальной призме будут фаски на ребрах, и вообще, совсем близко к краю качество поверхности не гарантировано.
Но расстояния между пучками можно регулировать поворотом призмы и расстоянием до вогнутого поворотного зеркала, которое работает одновременно и расширителем пучка. В Zemax интерференцию между пучками я получаю. На картинке приведена симуляция параболического зеркала R2000 D200, 1:5. Маленькое сферическое зеркало \( \lambda /4 \) я взял у EdmundOptics.
Давно думал над такой схемой.

[TelevueFan]

Похоже что нельзя регулировать поворотом кубика. На вашем рисунке лучи проходят через противоположные углы. Если повернуть кубик так, чтобы плоскость изображения ушла ближе к центру кубика, лазерный луч будет бить в грань.

Да еще, не совсем понял про параболу или сферу. Для того, что-бы обработать ИГ нам нужно получить четкое изображение края зеркала. Это изображение будет проходить через кубик. Независимо от того, какой вид поверхности имеет испытуемое зеркало. Или я что-то понимаю не так?

Ps. На картинке примерно такая ситуация (если сдвинуть луч к грани кубика). Правая обрезка кадра по грани кубика, слева темное пятно, это край bi-convex линзы. Изображение 24" зеркала будет больше, чем изображение всего 14" телескопа и полностью не влезет в эту щель или с трудом (влезет). Это даже без учета дефективности краев кубика.

Pps. Первопричина этих манипуляций, борьба за 5 мм между лучами.... В части потенциала сделать еще меньше это расстояние. Ну очень плохо лезет большое зеркало в эти 5 мм ...
Кроме того, еще нюансы. Диаметр луча. Слишком тонкий луч не освещает всю поверхность большого быстрого зеркала. Зависит от фокусного линзы. Слишком толстый луч может резаться гранью кубика (в вашей схеме).
Получить круглый луч нужного диаметра на диодном лазере очередная проблема. Так что здесь много компромиссов.

[INPan]

Могу себе представить модификацию Вашей схемы, но вместо двояковыпуклой линзы использовать вогнутое сферическое зеркало, при этом точка C1 (и зеркало) помещается сверху C2 (прямо над призмой) - тогда и астигматизм минимальный. Но надо проверить такой вариант в Zemax.

Сделал в Zemax-е вот такой вариант Баса - только кубик со стороной 10мм и одно вогнутое сферическое зеркало D 10мм, R = 20мм. Расстояние между пучками 5-6мм. Есть потенциал сделать еще меньше. Минимум поверхностей. Те поверхности, которые есть, максимально компенсируются в противоходе между референсным и тестовым пучком.
 

Интересная схема! Вот только как фотографировать ИГ? Боюсь тут нужна камера со специальным объективом. Хотя может быть, если прикрыть всю конструкцию непрозрачным экраном с отверстием, то и обычной камерой можно будет снимать.

[Gleb1964]

Похоже что нельзя регулировать поворотом кубика. На вашем рисунке лучи проходят через противоположные углы. Если повернуть кубик так, чтобы плоскость изображения ушла ближе к центру кубика, лазерный луч будет бить в грань.

Это потому, что я, в борьбе за минимальное расстояние между пучками, уже довернул кубик до почти крайнего положения. А отодвигать лучи можно, если, например, понадобиться толще луч для более светосильного зеркала.
На самом деле, я вижу возможность еще существенно сдвинуть лучи и довернуть призму, но это требует изменения хода лучей и дополнительной проработки в Zemax.
По поводу того, как снимать интерферограмму.
У схемы светоделительная грань кубика образует ось симметрии. Это означает, что лазерный луч можно вводить по обоим путям, и интерферограмму тоже можно смотреть из двух путей. На рисунке интерферограмма показана в одном направлении, но, на самом деле, на светоделительном поверхности лучи выходят в обе стороны, т.е. можно смотреть интерферограмму и с направления ввода лазера. Также можно перебросить лазерный луч симметрично, на второй путь, там где сейчас лучи выходят из кубика. Наверное, последний вариант проще (доходчевее) с точки зрения получения изображения интерферограммы. Тогда лазерный луч надо вводить снизу, а камеру для съемки ИГ ставить сразу за кубиком. Чтобы изображение тестируемого зеркала не двоилось, надо поставить перед камерой экран с отверстием, пропускающим лазерный луч и отсекающим изображение, не прошедшее через кубик. Все это в силе, если прилаживать камеру по первому варианту - нужен экран с отверстием, отсекающим любые возможные изображения в обход основного луча ИГ.
Камеру надо фокусировать на зеркало. Почему это нужно делать? Интерферограмма на выходе будет наблюдаться при любой фокусировке и даже просто на экране. Но интересует только интерферограмма, полоски которой будут локализированы на поверхности испытуемого зеркала. Только при правильной фокусировке у интерферограммы будет четкий край, совпадающий с краем зеркальной поверхности. У несфокусированной интерферограммы край будет размазан и осложнен дифракцией, что влияет на точность анализа ИГ.

[ysdanko]

Напрашивается бипризма на грани кубика 

[Gleb1964]

Напрашивается бипризма на грани кубика 

На счет бипризмы не понял. В существующем виде кубик в любом проходе эквивалентен плоскопараллельной пластинке, не стоит ломать это свойство добавлением других элементов. Верхнее ребро кубика можно было бы и стесать, чтобы увеличить зазор  до луча.
 Все элементы схемы работают в ходе и туда и обратно. Это означает, что локальные отклонения поверхностей компенсируются, по крайней мере, в первом порядке. Это так называемый квази-общий ход лучей. Однако, для получения полос требуется поперечный сдвиг лучей, а это означает, что полной компенсации дефектов поверхностей не произойдет, будут остаточные ошибки малой амплитуды, создающие шум на интеферограмме.

[TelevueFan]

OpenFringe похоже имеет серьезные ограничения по автоматическим расчетам (через БПФ). Перед расчетом софт настоятельно требует сжатие любых исходных данных до размера 640х640 пикселей. При этом катастрофически падает разрешение. Начиная с некоторого числа линий. Скажем >100 (цифра уточняется на конкретном зеркале).
Исходник большего размера приводит к завершению программы с критической ошибкой.

[yas]

Исходник большего размера приводит к завершению программы с критической ошибкой.

Все работает и на больших ИГ вот только требования к компу повышаются (много-много памяти)

[TelevueFan]

Исходник большего размера приводит к завершению программы с критической ошибкой.

Все работает и на больших ИГ вот только требования к компу повышаются (много-много памяти)

Нет, не работает. Свободной оперативной памяти >3 Гигабайт. Кроме того, ничто не мешает софту сделать подкачку с диска (размеры памяти фактически не ограничены, как и тип дисковой памяти).

Другой момент, после обработки БПФ, шаманство при назначении Сentral Spike Mask.
Прослеживается зависимость от дефокуса, влияющая на конечный результат расчетов.
Например при одинаковом качестве исходника, размытость при отрицательном дефокусе (картинка 1) и достаточно четкое изображение при положительном (картинка 2).