Vor einiger Zeit hatte ich mal ein Michelson-Interferometer mit Fischertechnik gebaut.
Immer wieder kam die Frage auf, ob man damit irgendwie die Wellenlänge messen kann.
Im Prinzip alles einfach. Aber in der Praxis doch knifflig. Zwar kann man das Interferenz-Signal mit einer Photodiode aufnehmen,
aber man kann nicht entscheiden, in welcher Richtung sich das Ganze bewegt. Schon geringste Vibrationen lassen das Signal schwanken, sodass Fehlzählungen auftreten. (Einmal gehustet und schon weitergezählt)
Hier ist ein Interferometer gezeigt, mit dem man die Interferenzen elektronsich auswerten und zählen kann.Als Spiegel kommen Retro-Reflektoren (Tripel-Prismen) zum Einsatz, die ich günstig erworben habe.
Um ein auswertbares Quadratursignal zu bekommen arbeite ich mit Polarisation (*). Das Laserlicht ist 45 Grad zur Tischebene polarisiert. (Daher die merkwürdige Schieflage des Lasers)
Im Zweig mit dem Verschiebetisch ist auf dem Rückweg des Strahls ein Lambda/4-Element (Plastikfolie) eingebracht, welches eine Polarisationskomponente des Strahls gegenüber der anderen senkrecht dazu Polarsisierten um eine viertel Wellenlänge verschiebt. Im Analysatorteil wird der interferierende Strahl in zwei orthogonale Polarisationen aufgespalten und mit zwei Photodioden gemessen. (die graue Platten sind Polarisationsfolien) Nach Detektion und Signalaufbereitung kann man die Interferenz-Signale auf dem Oszillografen sehen.
Die 4 Kanäle des Gerätes sind hier sehr hilfreich. Hier ist eine Single-Shot-Messung während der Translation in einer Richtung gezeigt.Man erkennt, dass die Justage noch nicht optimal ist, da die Quadratursignale noch ein leicht anderes Tastverhältnis haben.
Die aufbereiteten Signale der Photodioden gehen über eine 4-Flanken-Auswertung an einen Digtialzähler, mit dem der Durchlauf der Interferenzmuster gezählt wird. Die Auflösung beträgt eine viertel Wellenlänge des Laserlichts. (Oder doch 1/8 wegen des doppelten Weges im Verschiebe-Pfad ?)
Wenn die Justage und die Aufbereitungsschaltung (Verstärkung, Offset und Triggerlevel) gut eingestellt sind, schwankt der Zählerwert um einen Mittelwert.
Verschiebt man den einen Reflektor mit dem Verschiebetisch, zählt der Zähler hoch und verschiebt man ihn in die andere Richtung, zählt er wieder herunter. Die Wellenlänge des Lasers kann berechnet werden aus Verschiebeweg / Zählerwert * 4 * 2. Der gezählte Wert entspricht in etwa 644 nm, was in
etwa der Wellenlänge des Lasers entspricht.
Für die Justage des festen Retroreflektors habe ich ein Flexure (https://www.thingiverse.com/thing:4411343) gedruckt, was erstaunlich gut funktioniert.
Als Aktuatoren verwende ich 3mm Schrauben, auf die am Ende Stecknadelköpfe befestigt sind (Metallkugeln wären besser). Diese drücken auf Nd Magneten an der Gegenstelle.Und hier noch eine Impression von der Auswerte-Elektronik:Links: 4-Flanken-Auswetung und Digitalzähler
Mitte: Schmitt-Trigger und Signal-Anzeige
Rechts: Analog-Elektronik mit Verstärker (2-stufig), Level-Shifter und Komparator
Interferometer und Elektronik stehen auf unterschiedlichen Tischen.
(*) Der Weg, einen zweiten parallelen Strahl mit verschobener Phase zu verwenden war nicht erfolgreich, da weitere Freiheitsgrade die starre Phasenbeziehung zwischen den zwei Strahlen zu Nichte machen.
Immer wieder kam die Frage auf, ob man damit irgendwie die Wellenlänge messen kann.
Im Prinzip alles einfach. Aber in der Praxis doch knifflig. Zwar kann man das Interferenz-Signal mit einer Photodiode aufnehmen,
aber man kann nicht entscheiden, in welcher Richtung sich das Ganze bewegt. Schon geringste Vibrationen lassen das Signal schwanken, sodass Fehlzählungen auftreten. (Einmal gehustet und schon weitergezählt)
Hier ist ein Interferometer gezeigt, mit dem man die Interferenzen elektronsich auswerten und zählen kann.
Um ein auswertbares Quadratursignal zu bekommen arbeite ich mit Polarisation (*). Das Laserlicht ist 45 Grad zur Tischebene polarisiert. (Daher die merkwürdige Schieflage des Lasers)
Im Zweig mit dem Verschiebetisch ist auf dem Rückweg des Strahls ein Lambda/4-Element (Plastikfolie) eingebracht, welches eine Polarisationskomponente des Strahls gegenüber der anderen senkrecht dazu Polarsisierten um eine viertel Wellenlänge verschiebt. Im Analysatorteil wird der interferierende Strahl in zwei orthogonale Polarisationen aufgespalten und mit zwei Photodioden gemessen. (die graue Platten sind Polarisationsfolien) Nach Detektion und Signalaufbereitung kann man die Interferenz-Signale auf dem Oszillografen sehen.
Die 4 Kanäle des Gerätes sind hier sehr hilfreich. Hier ist eine Single-Shot-Messung während der Translation in einer Richtung gezeigt.
Die aufbereiteten Signale der Photodioden gehen über eine 4-Flanken-Auswertung an einen Digtialzähler, mit dem der Durchlauf der Interferenzmuster gezählt wird. Die Auflösung beträgt eine viertel Wellenlänge des Laserlichts. (Oder doch 1/8 wegen des doppelten Weges im Verschiebe-Pfad ?)
Wenn die Justage und die Aufbereitungsschaltung (Verstärkung, Offset und Triggerlevel) gut eingestellt sind, schwankt der Zählerwert um einen Mittelwert.
Verschiebt man den einen Reflektor mit dem Verschiebetisch, zählt der Zähler hoch und verschiebt man ihn in die andere Richtung, zählt er wieder herunter. Die Wellenlänge des Lasers kann berechnet werden aus Verschiebeweg / Zählerwert * 4 * 2. Der gezählte Wert entspricht in etwa 644 nm, was in
etwa der Wellenlänge des Lasers entspricht.
Für die Justage des festen Retroreflektors habe ich ein Flexure (https://www.thingiverse.com/thing:4411343) gedruckt, was erstaunlich gut funktioniert.
Als Aktuatoren verwende ich 3mm Schrauben, auf die am Ende Stecknadelköpfe befestigt sind (Metallkugeln wären besser). Diese drücken auf Nd Magneten an der Gegenstelle.
Mitte: Schmitt-Trigger und Signal-Anzeige
Rechts: Analog-Elektronik mit Verstärker (2-stufig), Level-Shifter und Komparator
Interferometer und Elektronik stehen auf unterschiedlichen Tischen.
(*) Der Weg, einen zweiten parallelen Strahl mit verschobener Phase zu verwenden war nicht erfolgreich, da weitere Freiheitsgrade die starre Phasenbeziehung zwischen den zwei Strahlen zu Nichte machen.
Statistik: Verfasst von atzensepp — 02 Mai 2024, 22:35