Ist nur so ne Spinnerei. Bei dieser Gravitationswellengeschichte gestern ist mir eine Idee gekommen. Eigentlich könnte man so ein Laser-Interferometer doch auch selbst bauen. Natürlich nicht für G-Wellen, aber z.B. um Schallwellen oder Bodenvibrationen zu messen. Ich denke an einen Laserpointer, einen Strahlteiler, zwei halbwegs plane Spiegel und eine Fotodiode als Detektor. Versetzt man einen der Spiegel in Schwingungen, sollte der Detektor eine Interferenz messen können. In der industriellen Messtechnik ist das ein Standardmessverfahren, aber Frage ist, ob man das mit Teilen aus der Bastelkiste auch hinbekommt, nur zum Experimentieren und Spielen. Es geht nicht um absolute Genauigkeit, sondern um das Funktionsprinzip. Ich spinne einfach mal ein bisschen rum: Vielleicht könnte man damit vollkommen berührungslos die Herztöne einer Person im Raum detektieren, oder einer Pflanze beim Wachsen zuschauen. Oder eine superempflindliche Alarmanlage bauen, die selbst kleinste Vibrationen im Haus detektiert. Oder zuschauen, wie sich ein Körper bei Erwärmung ausdehnt. Da die Lichtgeschwindigkeit in der Luft von deren Dichte und damit der Temperatur abhängt, könnte man vielleicht kleinste Temperaturunterschiede messen. Als Strahlteiler könnte man vielleicht ein Prisma aus einem alten Fernglas oder einfach eine Glasplatte nehmen, und als Spiegel eben Spiegel. Wenn es um die Messung von Schallwellen geht, würde ich das Signal der Fotodiode ggf. analog verstärken und auf den Line-In eines Raspberry geben. Danach könnte dann alles an Signalverarbeitung kommen, was erforderlich ist. Für niedrige Frequenzen (z.B. bei Temperaturausdehnung) braucht man vermutlich einen anderen ADC. Meint mal was dazu. Comments are Welcome.
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John D. schrieb: > Die Kohärenzlänge von Laserpointer-Laserdioden ist zu kurz. Doch das geht. Die räumliche Kohärenz liegt bei billig Laserpointern im Millimeterbereich. Die zeitliche Kohärenz weiß ich nicht. Bis auf 1mm lassen sich die Spiegel ohne Probleme ausrichten. Die Armlänge des IF möglichst klein halten. Vancouver schrieb: > oder einfach eine Glasplatte nehmen, Das geht auch, die Glasplatte teilt den Strahl halt nicht 50:50, was aber nichts macht, das Interferenzmuster wird dann nicht so kontrastreich. Vancouver schrieb: > und als Spiegel eben > Spiegel. Ja geht auch, verschlechtert aber wieder das Interferenzmuster, weil der Laser an der Glasschicht teilweise reflektiert wird. Ich würde den Laserstrahl vor dem Strahlteiler mit einer Linse aufweiten, als Interferenzmuster bekommst du dann das bekannte Ringmuster.
Jo wird schon so längere Zeit gemacht, zB. als Erdbebensensoren, Überwachung von Atomexplosionen weltweit usw. Die Kohärenzlänge von heutigen LASER-Dioden kann dabei durchaus ausreichend sein, bzw. auch mit Hobbymitteln mit ertäglichen finanziellem Aufwand wesentlich verbessert werden, siehe ECLs. Für Hobbyexperiemente habe ich mich aber für den "alten" HeNe-LASER entschieden da mit relativ einfachen elektronischen Mitteln und "geringem" finanziellem Aufwand es machbar ist sie zu stabilisieren und so Kohärenzlängen bis zu 100 Metern auch im Hobbybereich machbar sind. Stelle es dir aber nicht so einfach vor, es ist ein realtiv teures Hobby, besonders die optischen Komponenten muß man sich zB. bei eBay Stück für Stück zusammen suchen. Mein Equipment zB. hat mich zB. für zwei HeNe-LASER ca. 120€, für die polarisierenden Strahlteiler samt 1/4L Waveplates 250€, für die nötigen Oberflächenspiegel zahlt man mal schnell 20€ das Stück usw. Da sind die Kosten für die Elektronik, wenn man sie selbst konstruiert schon lächerlich. Und dann gehts ans expertimentieren und die Justage eines Interferometers ist immer frustrierende Arbeit wenn man keine mechanisch gute optische Bank hat. Die Alternative ist die Zweitverwertung von Faseroptischen Systemen aus der Nachrichtentechnik. Aber dort arbeitet man mit langwelligem Infrarot und man sieht nichts, was fürs Hobby eher schlecht ist. Egal, ich bin mit meinen Zielsetzungen in diesem Bereich sehr bescheiden geworden mit der Zeit:)
Ein lustiges Ergebnis meiner Experimente war das ich per Interferometer mit einem Spiegel an der Rigips-Wand montiert das leichte Klopfen mit einem Finger an der gegenüberliegenden Wand detektieren konnte. Zimmergröße 25m^2. Gruß hagen
Bei den Spiegelschleifern im Astro Hobbybereich kein Problem. http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=178555
Jo, leider werden die grünen DPSS-Laser immer seltener. Ich habe auch mit solchen Teilen angefangen da deren optische Eigenschaften, wie Kohärenzlänge, überaschend gut sind. 20-40cm sind absolut kein Problem und das ist besser als so mancher unstabilisierter HeNe-LASER.
Vancouver schrieb: > Ist nur so ne Spinnerei.Eigentlich könnte man so ein > Laser-Interferometer doch auch selbst bauen. Man kann fast alles selbstbauen. Die Frage ist nur, ob es Sinn macht. Der Aufbau eines Interferometers ist in jedem besseren Physikbuch beschrieben. Allerdings funktioniert es nur dann zuverlässig, wenn die optischen Komponenten wie Strahlteiler und Spiegel eine hohe Qualität haben. Solche Teile sind dann nichtmehr ganz billig. Wenn es nur darum geht, Bewegungen zu detektieren, kannst Du genausogut mit dem Lichtzeiger- Prinzip arbeiten. Damit wird z.B. auch die Bewegung eines sog. Cantilevers im Nanometerbereich detektiert.
Hagen R. schrieb: > Kohärenzlänge, überaschend gut sind. 20-40cm sind absolut kein Problem > und das ist besser als so mancher unstabilisierter HeNe-LASER. So einen HeNe hab ich auch, wie kann man den stabilisieren? (Konstantstrom?) Kurt
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Kurt B. schrieb: > So einen HeNe hab ich auch, wie kann man den stabilisieren? > (Konstantstrom?) Was willst Du daran stabilisieren? Hast Du denn die Möglichkeit, Dein Interferometer im Nanometerbereich zu kalibrieren?
Harald W. schrieb: > Was willst Du daran stabilisieren? Die Frequenzstabilität=Bandbreite und damit die Kohärenzlänge und -Zeit.
Harald W. schrieb: > Man kann fast alles selbstbauen. Die Frage ist nur, ob es Sinn > macht. Sinn kann man offenbar auch selbst bauen -im Sinne von "machen". MfG Paul
Einen HeNe kann man in der Temperatur stabilisieren. Die Interferenz der optischen Moden aendert mit der Temperatur. Bei einem normalen 20-30cm HeNe ist die Interferenz in den paar hundert MHz. Das Problem am HeNe ist die schlechte Kopplung zur Temperatur, da das Gehaeuse fast leer ist. Also eigentlich muesste man nun das Gehaeuse oeffnen und alles im Oelbad oder so laufenlassen, oder eine Regelung bauen, die Temperatur auf einer laengeren Zeitskala un mehreren Isolationsschichten thermostatisiert. Schiesslich muss die Beatfrequenz konstant sein. Es werden je nach Laenge vieleicht 3-4 Moden sein, die rauskommen. Wenn man nur eine will, muss man ein Fabry-Perot nachschalten
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Paul B. schrieb: > Sinn kann man offenbar auch selbst bauen Das stellst du als Vermutung auf. Wärest du dir sicher, hättest du geschrieben: "Sinn kann man auch selbst bauen". Also hast du noch nie Sinn gemacht.
Kurt B. schrieb: > So einen HeNe hab ich auch, wie kann man den stabilisieren? > (Konstantstrom?) Ich versuche es einfach zu erklären: Die Qualität der Spannungsversorgung des HeNe ist zwar von Relevanz aber nicht der erste Schritt. Man stabilisiert als erstes den Abstand der beiden Spiegel des Lasers zueinander. Da gibt es verschiedene Verfahren je nach finanziellen Möglichkeiten. Fürs Hobby wird man mit einer Temperaturregelung des HeNe-Glastubus arbeiten, sprich man benutzt die Ausdehnung der Glasröhre bei Temperaturänderungen um den Abstand der HeNe-Spiegel konstant zu halten. Dazu benutzt man eine Heizung, zB. Captonfolienheizungen die man am Tubus befestigt. Fehlt noch die Frage: wie ermittelt man den "optimalen Abstand" der Spiegel. Dazu muß man wissen wie HeNe-LASER funktionieren und nutzt dann deren Eigenschaften aus. Je nach Länge des Resonanzkörpers des HeNe-LASERs = Abstand zwischen den Spiegeln ergeben sich auf Grund der HeNe-Verstärkungsbandbreite von 1.5GHz mehrere sogenannte Moden = Schwingungsfrequenzen des LASER-Lichtes. Dabei gilt: je größer der Abstand der Spiegel desto mehr Leasing-Moden passen in die 1.5GHz der HeNe-Gainkurve rein. Das Besondere an HeNe-Lasern ist nun das durch verschiedene Effekte sich diese Moden stabilisieren, d.h. z.B. das die verschiedenen Moden abwechselnde Polarisation besitzen. Wählt man nun eine HeNe-Laser-Röhre so aus das deren Länge z.b nur 2 solcher Moden zulässt dann kann dieser Laser nur zwei dicht beieinander liegende Frequenzen erzeugen die zudem noch orthogonal zueinander liegende Polaisationsebenen haben. Man benutzt also einen polarisierenden Strahlteiler und spaltet so das LASER-Licht in diese beiden Frequenzen auf, schickt das auf zwei Photodioden. Man hat so zwei Signale die angeben wie groß die Lichtleistung dieser beiden Frequenzen ist. Nun regelt man die Temperatur und damit den Abstand der Spiegel so aus das beide Laserfrequenzen gleiche Leistung haben. Anders gesagt: man regelt die beiden Frequenzen so das sie im gleichen Abstand zum Maximum der HeNe-Gainkurve liegen (Gaussprofil). Nun muß man nur noch den LASER Strahl per Polarisationsfilter auf eine der beiden Polarizationsebenen filtern und hat am Ausgang optisch eine einzige Frequenz. Dieses Verfahren stabilisiert die Frequenz des LASERs, man kann aber auch die Leistung auf ähnliche Weise stabilisieren. Beides zusammen geht auch ist aber aufwendiger. Praktisch sieht das so aus: - besorge ein HeNen-LASER der bestimmte Eigenschaften hat: sprich Abstand der Spiegel, Leistung und nicht optisch intern polarisiert. - Elektronik besteht aus 2 Photodioden, TIA-Verstärkern, einstellbarer Differenzverstärker, Integrator und Endstufe für ein Heizelement. - den LASER-Strahl mit einem polarisierenden Strahlteiler aufteilen und den 2 Photodioden sauber zuführen - für den ersten Test LASER einschalten und am 2-Kanal-Oszi beobachten wie sich die beiden Moden verhalten. Sie sollten auf Grund der langsammen Ausdehnung des Glastubus "wandern". Wichtig ist hier das es zu keinem willkürlichen "Mode-hopping" usw. kommt. - hat der LASER den vorherigen Test bestanden macht man weiter - der Regelkreis wird nach einer Aufwärmungsphase des LASERs geschlossen - die verstärkten Photodiodensignale werden subtrahiert, verglichen mit einem einstellbaren Fehlerwert (Idealfall ist Null), das Resultat einem Integrator zugeführt dessen Ausgang zB. einen MOSFET steuert der die Heizung steuert. Alles in allem ist der LASER und der Strahlteiler das teuerste dabei. Ich arbeit z.Z. mit einem Uniphase-Novette Model 1508-1 0.5mW LASER, Kosten bei eBay 40€. Dieser hat eine UNIPHASE 1008 Röhre verbaut deren Longitudialer Modenabstand bei 1.09GHz liegt. Somit kann diese Röhre nur 1 bis maximal 2 Moden erzeugen. Als Strahlteiler hatte ich das Glück auf eBay gleich 8x 10705A Single Beam Interferometer enorm günstig zu schießen. Diese bestehen aus einem Stahlgehäuse, einem polarisierenden Strahlteilerwürfel für HeNe Frequenzbereich mit Beschichtung und zwei 1/4Lambda Waveplates. Die Elektronik ist selbstgemacht, als Photodioden verwende ich BPW34. Mein Heizelement ist selbstgebaut aus slebstklebender Captonfolie + Kupferfolie an die direkt der Heiz-MOSFET angelötet ist, der MOSFET ist das Heizelement. Ich mache das so weil man so selbst kleinste elektromagnetische Felder vermeidet die bei zB. einer Heizung aus Kupferlackdraht (Tubus damit umwickelt) entstehen würden. Jo, eigentlich recht simpel das Ganze. Viele kommerzielle stabilisierte LASER arbeiten nach exakt dem gleichen Prinzip, einziger Unterschied ist der finale Preis. Ein unstabilsierter HeNe Laser kostet ca. 100-200 Euro, ein stabilisierter gleich das 10-50'fache. Das ist die Gewinnspanne die man sich mit obigem Hobbyaufbau sparen kann. Übrigens hier kannst du alles viel besser nachlesen: http://www.repairfaq.org/sam/laserchn.htm#chnstab
Siebzehn F. schrieb: > Schiesslich muss die Beatfrequenz konstant sein. Die Auswertung der Beatfrequenz gestaltet sich schwierig da sie sehr hoch sein wird. Der Aufwand in der Elektronik ist dann enorm. Davon abgesehen entsteht eine komplexe Beatfrequenz je geringer der Modenabstand wird, eg. die Anzahl an Moden größer 2 wird. > Es werden je nach Laenge vieleicht 3-4 Moden sein, die rauskommen. Es gibt auch kurze Röhren die nur 1-2 Moden erlauben. Deren Ausgangsleistung ist dementsprechend geringer. Aber für den Anfang, bzw. je nach Verwendungszwecke, ist es besser damit zu experimentieren. Ich habe noch eine NEC Röhre: GLT2150, 5mW, 435MHz Modenabstand, ergo 3 bis max. 4 Moden gleichzeitig. Diese zu stabilisieren ist schon fast nicht mehr möglich mit obigen Verfahren. Mein Ziel ist es aber diese mit Hilfe der stabilsierten UNIPHASE Röhre zu stabilisieren. Das ist aber noch ein langer Weg. > Wenn man nur eine will, muss man ein Fabry-Perot nachschalten Naja, man muß nicht, es gibt auch andere Wege. Fabry-Perot-Resonatoren sind schwierig für Hobbybastler aufzubauen, nicht unmöglich aber die Justage ist problematisch. Davon abgesehen ergeben sich andere Probleme mit FPs wenn man sie extern zur Stabilisierung verwenden möchte. Dann lieber mit Halbleiter-LASERn arbeiten und extern mit einem Beugungsgitter in Littrowkonfiguration und Temperaturreglung arbeiten.
Hagen R. schrieb: > Kurt B. schrieb: >> So einen HeNe hab ich auch, wie kann man den stabilisieren? >> (Konstantstrom?) > > Ich versuche es einfach zu erklären: > > Die Qualität der Spannungsversorgung des HeNe ist zwar von Relevanz aber > nicht der erste Schritt. Man stabilisiert als erstes den Abstand der > beiden Spiegel des Lasers zueinander. ... > Praktisch sieht das so aus: > - besorge ein HeNen-LASER der bestimmte Eigenschaften hat: sprich > Abstand der Spiegel, Leistung und nicht optisch intern polarisiert. > - Elektronik besteht aus 2 Photodioden, TIA-Verstärkern, einstellbarer > Differenzverstärker, Integrator und Endstufe für ein Heizelement. > - den LASER-Strahl mit einem polarisierenden Strahlteiler aufteilen und > den 2 Photodioden sauber zuführen Puh (erstmal danke für die Infos), doch ein mords Aufwand. Ich möchte nur die Kohärenzlänge soweit verändern dass ich ein besseres Überlagerungsmuster bekomme als ich es schonmal gesehen habe. Die Ansprüche an (Langzeit)Stabilität sind nicht besonders hoch, es geht mehr ums Basteln und ums Verstehen. Kurt
Hagen R. schrieb: > Es gibt auch kurze Röhren die nur 1-2 Moden erlauben. Betrifft das nur longitudinale Moden, oder lassen sich die transversalen Moden dadurch auch einschränken, so dass nur noch TEM00 verbleibt?
> Es gibt auch kurze Röhren die nur 1-2 Moden erlauben.
Das sind longitudinale Moden.
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Kurt B. schrieb: > und ums Verstehen. **lol** Ja, klar. Und an den Weihnachtsmann soll wir jetzt auch noch glauben, oder was?
Johann L. schrieb: > Hagen R. schrieb: >> Es gibt auch kurze Röhren die nur 1-2 Moden erlauben. > > Betrifft das nur longitudinale Moden, oder lassen sich die transversalen > Moden dadurch auch einschränken, so dass nur noch TEM00 verbleibt? Die Länge des Resonators bestimmt vorrangig die longituadinale Modenstruktur. Beim HeNe-Laser wird versucht ihn so zu bauen das nur die TEM00 Moden vestärkt werden. Jede Störung des idealen Resonators, seien es falsch ausgerichtete Spiegel, Fehler der Spiegeloberflächen/-krümmungsradien, verunreinigtes Gasgemisch, externe Magnetfelder, Brewsterfenster im Resonanzraum usw. kann transversale Moden TEMxy x>0, y>0 erzeugen. HP-HeNe-Laser die mit dem Zeeman Effekt arbeiten nutzen diese Effekte aus, heist externes Magnetfeld + absichtliche Schwächungen der idealen Eigenschaften des Resonanzkörpers, zB. durch durchlässigere Spiegel. Diese Laser erzeugen dann zirkulär polarisierte Emmisionen. Hier eine gute Antwort dazu: http://laserfreak.net/forum/viewtopic.php?f=182&t=55627&sid=a76c467a04113a66e97b321e30c3d9d0 Einen HeNe-Laser der kontinuierlich auf nur einem Mode schwingt ist praktisch unmöglich zu bauen, nach meinem Verständnis. Gruß Hagen
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