Решил сделать себе интерферометр Фабри-Перо, чтобы посмотреть спектр лазерного диода. Взял два диэлектрических зеркала и просто прижал их друг к другу "лицом", без зазора. Картинка спектра получается просто отличная:
Картинка
Но гложут сомнения, что что-то тут не так.
Вопрос 1: Какой должен быть воздушный зазор между зеркалами?
Решил проверить правдивость показаний моего девайса, одновременно направив на него излучение двух указок. Как мне казалось, два некогерентных источника дадут совершенно другую картину. Но, к моему удивлению, картинка не изменилась - просто стала немного ярче в тех местах, куда попадал свет от второй указки (немного рассеяный матовым стеклом, но все же).
Что-то я совсем запутался...
Вопрос 2: Что мы должны увидеть, если направим на интерферометр излучение от двух лазеров?
интерферометр Фабри-Перо
-
Игорь
интерферометр Фабри-Перо
Излучения двух лазеров (тем более полупроводниковых, у которых длинна волны зависит от температуры) взаимно НЕ когерентны. По этому мы должны получить просто наложение двух картин.
А зазор обычно делается несколько милиметров.
А зазор обычно делается несколько милиметров.
-
Gall
интерферометр Фабри-Перо
Дополню. Поскольку лазеры очень похожи, картины будут практически одинаковые. Наложение двух почти одинаковых картин выглядит как одна более яркая.
Интерферометр может получиться и в толще стекла, если оно достаточно качественно обработано. Не исключено, что у Вас интерферометр получился именно таким.
Интерферометр может получиться и в толще стекла, если оно достаточно качественно обработано. Не исключено, что у Вас интерферометр получился именно таким.
-
al_gont
интерферометр Фабри-Перо
Вобщем, нашел я формулу для подсчета разрешения интерферометра Фабри-Перо:
где R - коэффициент отражения зеркал,
d - расстояние между зеркалами
в моем случае (R точно не знаю, пусть будет 0.9, d пусть будет равно 0,01 мм, длину волны берем 650 нм) получается:
т.е. больше 7 нм! Т.е. все, что меньше, не видно. Поэтому у меня и сливались два спектра в идеальную картинку. Даже если предположить, что зазор между зеркалами 0.1 мм, то разрешение интерферометра получится 0,7 нм, что тоже очень мало.
Отсюда выводы - чтобы получить хорошее разрешение, нужно 1. зеркала раздвигать чем дальше, тем лучше (в пределах разумного и возможного
) и 2. зеркала брать с бОльшим коэффициентом отражения
Code: Select all
(Lambda)^2 * (1-R)
Delta-Lambda = ------------------------
2*d*pi*sqrt(R)
где R - коэффициент отражения зеркал,
d - расстояние между зеркалами
в моем случае (R точно не знаю, пусть будет 0.9, d пусть будет равно 0,01 мм, длину волны берем 650 нм) получается:
Code: Select all
4.225 * 10^-13 * 0.1
Delta-Lambda = ------------------------------ = 7.08 * 10^-9 м.
2 * 10^-5 * 3.14 * 0.95
Отсюда выводы - чтобы получить хорошее разрешение, нужно 1. зеркала раздвигать чем дальше, тем лучше (в пределах разумного и возможного
) и 2. зеркала брать с бОльшим коэффициентом отражения-
holos
интерферометр Фабри-Перо
Формулы могучие, но можно посчитать и попроще. Если найду черновики, покажу. Реальное расстояние между двумя ПЛОСКИМИ зеркалами интерферометра под красный полупроводниковый лазер 1,5-2 мм. Коэффициент отражения - не менее 0,95. Тогда спектр будет более-менее хорошо виден (да и то нужно приноровится с юстировкой зеркал и с аккомодацией глаз). Фотографии и расшифровки спектра я привел в статье http://www.holography.ru/files/hl650.htm
У вас, похоже, видна просто интерференция между плоским и сферическим зеркалами.
У вас, похоже, видна просто интерференция между плоским и сферическим зеркалами.
-
Gall
интерферометр Фабри-Перо
Вчера еще поэкспериментировал с интерферометрами.
Простейшая любительская конструкция делается из двух пластинок оргстекла толщиной 4-6 мм (толще - лучше, чтобы было больше витков резьбы). Я обточил их в виде кружков диаметром 25 мм, чтобы зажимать их в имеющийся рейтер, но на самом деле лучше больше, сантиметров 10 или хотя бы 5, и круглая форма необязательна. Складываем кружки вместе и сверлим по периметру три отверстия сверлом 1.5 мм, а в центре еще одно, чуть меньше используемых зеркал. Если у нас зеркала от головок CD-приводов, то это около 6.5 мм. Затем в одном кружке маленькие отверстия рассверливаем до 2 мм, а в другом аккуратно нарезаем резьбу М2. Более тонкие винты нужной длины мне достать не удалось, а у более толстых винтов больше шаг резьбы, что для нас плохо. С внутренней стороны к кружкам приклеиваем зеркала отражающим слоем друг к другу (я профрезеровал под них углубления, но это необязательно). Собираем все, между дисками вставляем пружинную прокладку. Это либо кусок мягкой резины (например вакуумной), либо резиновые шайбочки на винтах, а если есть - пружинки. При первых опытах я просто засовывал в щель между дисками кусочки ластика или кембрика. Расстояние между зеркалами должно быть около 2 мм.
Юстировка. Конструкция довольно капризна. Потребуется оптическая скамья, можно импровизированная (я иногда использую детали от станочка Xendoll). Жестко крепим красный лазер (лучше не указку, а 5-милливаттный модуль) и интерферометр. Выход направляем на белую стену, все в полной темноте. Ставить какие-то линзы после интерферометра незачем, по крайней мере на этом этапе. Выставляем все по оси, стараясь направить зайчик обратно в лазер. На стене должен получиться ряд точек. Крутим винты, сводя точки в одну. Когда точки ПОЧТИ сойдутся, получится слабая картина из колец. Не исключено, что когда точки СОВСЕМ сойдутся, картина пропадет снова. Поэтому, поймав хоть какую-то картину, сразу пытаемся подвигать лазер и сделать картину поярче, и после этого снова крутим винты. В экране стоит проделать дырку в месте попадания прямого пучка и поставить за ней черную бархатку, чтобы прямым пучком не слепило, тогда кольца ловить будет легче.
Разрешение конструкции всецело зависит от качества зеркал. Зеркала от DVD-привода, похоже, отражают слишком слабо. Тем не менее, на плохой указке удается разглядеть двойные кольца. Длину волны 532 нм такие зеркала отражают очень слабо, на зеленом лазере мне удалось получить интерферограмму только один раз и очень нечетко - класса "ничего не видно".
Фотосъемка. Если имеется зеркальный фотоаппарат, можно снять интерферограмму. Иногда на снимке полосы видно лучше, чем глазом, но для этого надо очень постараться. Закрепляем фотоаппарат струбциной на той же оптической скамье, а саму скамью изолируем от вибраций. Мой метод - на пол полиэтилен с пупырышками в несколько слоев, на него плоский мешок с песком, а на него уже установку. Снимаем в полной темноте на ручных настройках фотоаппарата с выдержкой несколько секунд (потребуется пульт, чтобы не сдвинуть; вибрация от зеркала аппарата ощущается почему-то слабо). По экспонометру аппарата ставим поправку экспозиции -2 или около того, ставим соответствующие диафрагму и выдержку. ISO ставим не слишком большим, чтобы матрица не особо шумела. При таких настройках аппарат работает как интегратор и позволяет неплохо накопить интерферограмму.
В планах - приделать прямо к интерферометру веб-камеру, снимающую одно кольцо крупным планом, и поместить все в коробку от фотопластинок. Тогда можно будет изучать спектры не лежа на пузе на полу в темноте, а сидя на стуле за компьютером, причем сразу получать спектр в виде графика. И еще надо зеркала получше. Готовых под рукой нет, придется напылять.
Простейшая любительская конструкция делается из двух пластинок оргстекла толщиной 4-6 мм (толще - лучше, чтобы было больше витков резьбы). Я обточил их в виде кружков диаметром 25 мм, чтобы зажимать их в имеющийся рейтер, но на самом деле лучше больше, сантиметров 10 или хотя бы 5, и круглая форма необязательна. Складываем кружки вместе и сверлим по периметру три отверстия сверлом 1.5 мм, а в центре еще одно, чуть меньше используемых зеркал. Если у нас зеркала от головок CD-приводов, то это около 6.5 мм. Затем в одном кружке маленькие отверстия рассверливаем до 2 мм, а в другом аккуратно нарезаем резьбу М2. Более тонкие винты нужной длины мне достать не удалось, а у более толстых винтов больше шаг резьбы, что для нас плохо. С внутренней стороны к кружкам приклеиваем зеркала отражающим слоем друг к другу (я профрезеровал под них углубления, но это необязательно). Собираем все, между дисками вставляем пружинную прокладку. Это либо кусок мягкой резины (например вакуумной), либо резиновые шайбочки на винтах, а если есть - пружинки. При первых опытах я просто засовывал в щель между дисками кусочки ластика или кембрика. Расстояние между зеркалами должно быть около 2 мм.
Юстировка. Конструкция довольно капризна. Потребуется оптическая скамья, можно импровизированная (я иногда использую детали от станочка Xendoll). Жестко крепим красный лазер (лучше не указку, а 5-милливаттный модуль) и интерферометр. Выход направляем на белую стену, все в полной темноте. Ставить какие-то линзы после интерферометра незачем, по крайней мере на этом этапе. Выставляем все по оси, стараясь направить зайчик обратно в лазер. На стене должен получиться ряд точек. Крутим винты, сводя точки в одну. Когда точки ПОЧТИ сойдутся, получится слабая картина из колец. Не исключено, что когда точки СОВСЕМ сойдутся, картина пропадет снова. Поэтому, поймав хоть какую-то картину, сразу пытаемся подвигать лазер и сделать картину поярче, и после этого снова крутим винты. В экране стоит проделать дырку в месте попадания прямого пучка и поставить за ней черную бархатку, чтобы прямым пучком не слепило, тогда кольца ловить будет легче.
Разрешение конструкции всецело зависит от качества зеркал. Зеркала от DVD-привода, похоже, отражают слишком слабо. Тем не менее, на плохой указке удается разглядеть двойные кольца. Длину волны 532 нм такие зеркала отражают очень слабо, на зеленом лазере мне удалось получить интерферограмму только один раз и очень нечетко - класса "ничего не видно".
Фотосъемка. Если имеется зеркальный фотоаппарат, можно снять интерферограмму. Иногда на снимке полосы видно лучше, чем глазом, но для этого надо очень постараться. Закрепляем фотоаппарат струбциной на той же оптической скамье, а саму скамью изолируем от вибраций. Мой метод - на пол полиэтилен с пупырышками в несколько слоев, на него плоский мешок с песком, а на него уже установку. Снимаем в полной темноте на ручных настройках фотоаппарата с выдержкой несколько секунд (потребуется пульт, чтобы не сдвинуть; вибрация от зеркала аппарата ощущается почему-то слабо). По экспонометру аппарата ставим поправку экспозиции -2 или около того, ставим соответствующие диафрагму и выдержку. ISO ставим не слишком большим, чтобы матрица не особо шумела. При таких настройках аппарат работает как интегратор и позволяет неплохо накопить интерферограмму.
В планах - приделать прямо к интерферометру веб-камеру, снимающую одно кольцо крупным планом, и поместить все в коробку от фотопластинок. Тогда можно будет изучать спектры не лежа на пузе на полу в темноте, а сидя на стуле за компьютером, причем сразу получать спектр в виде графика. И еще надо зеркала получше. Готовых под рукой нет, придется напылять.
-
holos
интерферометр Фабри-Перо
Да, с таким приборчиком уже можно наблюдать спектр. Но все эти винтики и шпунтики - головная боль, если они имеют грубую резьбу. "Ловить " спектр очень трудно, да и уходит он постоянно. А делать прецизионную конструкцию - дороговато будет. Мы с Войтенко пошли по другому пути - клеили зеркала на более-менее плоскую подложку - блины от винчестера. Интерферометры получались компактными и простыми в использовании. Мы, правда, матировали зеркало, обращенное к лазеру, и наблюдали спектр непосредственно за вторым зеркалом. Так, по-моему, удобнее - не нужно проектировать спектр на экран в полной темноте. Апертура зеркала диаметром 35 мм позволяет легко видеть спектр и яркость его весьма приличная. Один недостаток - трудно точно склеить зеркала. При полимеризации возможно измениение толщины даже тончайшего слоя клея. В результате иногда интерферометр разьюстировался и приходилось его переклеивать.
А насчет видеоконтроля - это и моя давнишняя мечта. И лазеры можно будет легко настраивать, да и голограммы можно писать, не боясь за спектр лазера. Появились гармоники - закрывай пучок. Исчезли - продолжай экспонирование.
И фотки вашей конструкци интерферометра и полученной картины были бы очень полезны всем посетителям форума.
А насчет видеоконтроля - это и моя давнишняя мечта. И лазеры можно будет легко настраивать, да и голограммы можно писать, не боясь за спектр лазера. Появились гармоники - закрывай пучок. Исчезли - продолжай экспонирование.
И фотки вашей конструкци интерферометра и полученной картины были бы очень полезны всем посетителям форума.
-
Gall
интерферометр Фабри-Перо
Я поначалу очень боялся за точность винтов. Потому и взял М2, потому и оргстекло толстое. И метчики обязательно не однопроходные, а комплект из двух, а лучше из трех. Тогда резьба получается ровненькая. Еще боялся, что диаметр маленький, поворот винта слишком резко меняет угол. Но оказалось достаточно стабильно: вечером работало, утром включил снова - спектр есть, за ночь настройки не сбились, хоть и таскал с места на место; пока возился с фотоаппаратом, картина не менялась (правда шевельнулась, когда стал прилаживать фотоаппарат). Со второй-третьей попытки ловить кольца стало получаться за несколько минут. А вот зеркала подкачали: слишком сильно пропускают, наблюдать приходится на экране, матовое стекло не подходит, и разрешение могло бы быть побольше. (Эти зеркала изначально задуманы как глухие для 650 нм при 45 градусах, а при нормальном падении они пропускают неизвестно сколько, но явно слишком много). Сейчас пытаюсь найти зеркала получше. Желательно доступные, чтобы можно было сделать прибор из обрезков в любой мастерской, а не заказывать зеркала за большие деньги у Newport.
Еще в свое время я делал плоскопараллельную пластинку для крепления какой-то оптики тоже из листового оргстекла, вырезав две пластинки из одного куска и повернув одну из них на 180 градусов. Толщину потом промерял микрометром, подложил между пластинами кусочки 10-микронной фольги, где надо, все стянул винтами. Сколько-то поработало, потом поставили фирменную деталь.
Фотки будут в ближайшее время. И сам прибор, и интерферограмму уже снял. Просто сейчас компьютера дома временно нет, так в аппарате и лежат.
Еще в свое время я делал плоскопараллельную пластинку для крепления какой-то оптики тоже из листового оргстекла, вырезав две пластинки из одного куска и повернув одну из них на 180 градусов. Толщину потом промерял микрометром, подложил между пластинами кусочки 10-микронной фольги, где надо, все стянул винтами. Сколько-то поработало, потом поставили фирменную деталь.
Фотки будут в ближайшее время. И сам прибор, и интерферограмму уже снял. Просто сейчас компьютера дома временно нет, так в аппарате и лежат.
-
Gall
интерферометр Фабри-Перо
Продолжая пробовать интерферометр, нашел небольшую странность. Направил через него китайскую лазерную указку и...
НИ-ЧЕ-ГО. Никаких признаков интерференционной картины.
Первая мысль была, что сбилась настройка. Взял чипдиповский лазерный модуль, включил. Картина есть, очень четкая. Ладно, наверное картина просто слабая, и на более слабом лазере я ее не вижу? Недавно мне с eBay пришел набор нейтральных светофильтров. Беру самое темное стекло - плотность 1.6, глушу им лазер. Картину видно. Добавляю еще стекло - все равно видно. Беру снова указку - снова ничего.
Единственная мысль, какая приходит в голову - мне попался настолько плохой лазер, что у него длина когерентности сильно меньше расстояния между моими зеркалами. Не ожидал... Как уже потом заметил, вокруг пятна от этого лазера нет характерного "мельтешения" точечек-спеклов - видимо, одно с другим связано.
НИ-ЧЕ-ГО. Никаких признаков интерференционной картины.
Первая мысль была, что сбилась настройка. Взял чипдиповский лазерный модуль, включил. Картина есть, очень четкая. Ладно, наверное картина просто слабая, и на более слабом лазере я ее не вижу? Недавно мне с eBay пришел набор нейтральных светофильтров. Беру самое темное стекло - плотность 1.6, глушу им лазер. Картину видно. Добавляю еще стекло - все равно видно. Беру снова указку - снова ничего.
Единственная мысль, какая приходит в голову - мне попался настолько плохой лазер, что у него длина когерентности сильно меньше расстояния между моими зеркалами. Не ожидал... Как уже потом заметил, вокруг пятна от этого лазера нет характерного "мельтешения" точечек-спеклов - видимо, одно с другим связано.
-
holos
интерферометр Фабри-Перо
Насколько я знаю китайские указки (сотнями проверял), спектр у них виден в интерферометре, только сильно забит промежуточными кольцами. Может, просто мощности указки не хватает пробить два высокоотражающих зеркала? Хотя, если нет спекла, то с когерентностью, похоже, туго...
Кстати, о зеркалах. У меня есть парочка лишних зеркал под 650 нм, диаметром 35 мм. Коэффициент отражения около 98%. Плоские. Мы их пылили спциально под интерферометры Фабри-Перо. Но они заматированы со стороны подложки. Если сможете их полирнуть, могу послать по почте. Стоят они 700 руб. за пару.
Кстати, о зеркалах. У меня есть парочка лишних зеркал под 650 нм, диаметром 35 мм. Коэффициент отражения около 98%. Плоские. Мы их пылили спциально под интерферометры Фабри-Перо. Но они заматированы со стороны подложки. Если сможете их полирнуть, могу послать по почте. Стоят они 700 руб. за пару.