DIY 3 😁 D Druck Interferometer

[axon-F]

Hallo und einen schönen guten Morgen, im Netz habe ich nen interessanten Beitrag zum Bau eines Michelsons - Interferometers gefunden. Hier noch der Link dazu, The (likely?) cheapest home-made Michelson interferometer

[VDX]

… man könnte die Teile ja auch aus Metall drucken lassen

[axon-F]

Hallo und einen schönen guten Morgen, hallo grüß Dich VDX, ich hätte die Halter für die Spiegel - Strahlteiler eh aus Alu Vollmaterial - Quader - ITEM gefertigt.

[Lightsource]

Ja, Kunststoff ist da schon etwas grenzwertig. Ich hatte mir mal ein Interferometer aus Metallwinkeln u.ä. gebaut. Hat auch funktioniert, aber wie das halt so ist, es kommt da auf µm an.

[axon-F]

Hallo und einen schönen guten Morgen, herzlichen Dank noch an euch, VDX und Lightsource für euren Beitrag. Bei xoreaxeax gibt’s ein schönes Video zu Thema, Mikroskope selberbauen. Von der Optik - Blende - Aperatur wird hier alles sehr ausführlich erklärt, und das mit den Beugungs - Interferenzmustern habe ich jetzt auch kapiert . Hier noch der Link dazu https://youtu.be/lhJhRuQsiMU?si=jXQC9L_1SRfo0B7T . Am Schluss des Videos gibts noch nen kleinen Einstieg in die Ptychography, die erst mal ohne Optik auskommt. Eine entsprechende Auswertung der Interferenzmustern gestaltet sich äußerst schwierig, da ein solcher Algorithmus sehr komplex ist und die verwendete einfache Laserdiode nicht Kohärent ist. Viele herzliche Grüße von axon-F.

[Death]

Was ich eigentlich sehr schade finde, ist die Tatsache, dass Michelson und Morley den Weg vorbereitet haben für Albert Einstein mit seiner Relativitätstheorie und dass das nie erwähnt wird.

Einstein selber hatte nämlich kein Labor und bei ihm fand alles auf dem Papier statt.

Ohne Michelson und Morley wäre Einstein im Leben nicht auf die Idee gekommen, das die klassische Formel → “Geschwindigkeit ist Weg durch Zeit” bei Licht schlichtweg falsch ist.

Michelson und Morley wollten den Beweis liefern, das der Äther vorhanden ist und abhängig ist von der “Windrichtung” des Äthers. Zu dem Zeitpunkt wusste man noch nicht, das im Weltraum Vakuum herrscht und glaubte, das sich Licht, wie der Schall auch, mithilfe eines Mediums fortbewegt, dem Äther. Die beiden wollten das beweisen und haben, egal wie, wo und wann die gemessen haben, festgestellt, dass die Lichtgeschwindigkeit immer gleich ist. Somit sind Weg und Zeit nicht die eigentlichen Konstanten in der Formel und Albert Einstein hat das erkannt und fing somit das Grübeln an. Die Raumzeit wurde geboren und die Lichtgeschwindigkeit wurde zur Konstante.

Also ein dreifaches Hipp hipp Hurra auf Michelson und Morley. Das mögen die heutigen Physikstudenten vielleicht nicht unterschreiben, weil die sich jetzt mit dem Mist rum plagen müssen. Einstein war schon mit 25 Professor… Der musste ja auch nicht die Allgemeine Relativitätstheorie pauken

[VDX]

… mit Kunststoff geht schon was “genaues” – sogar bis runter zu ein paar Nanometern, solange die Temperatur konstant gehalten wird

Für meine Mikro/Nano-positionierer hatte ich einen Prototyp aus weißem POM fräsen lassen, mit präzisen Linearführungen bestückt und mit einem Nano-Wanderwellen-Piezomotor betrieben – das hätte bei konstanten Labor-Temperaturen auch für ein Interferometer gereicht:

[Lightsource]

Man kann auch sagen, dem Typen geht es darum zu zeigen, was passiert, wenn man einen Lichtstrahl interferieren lässt. Am Gewackel bei den Interefenzlinien kann man dann gut sehen, wie senibel die ganze Geschichte wirklich ist

[axon-F]

Hallo und einen schönen Sonntagnachmittag, vielen herzlichen Dank noch an euch Death, VDX und Lightsource für euren Beitrag. Das Thema Laser ist für mich neu, und es wäre somit mein erstes Projekt - Experiment in dieser Kategorie . Aus einem Prüf und Meßtisch habe ich noch zwei LEDs mit je einem Umlenkspiegel und Kondensor von Sill Optik s. Ein entsprechendes Netzteil mit Treibermodul ist auch dabei. Dabei sendet die LED ein telezentrisches Licht aus, warscheinlich für die Konturenprüfung. Vielleicht könnte man auch nur die Spiegel für ein solches Experiment verwenden. Ich würde mir zuerst mal den Strahlteiler wie im Video beschrieben bestellen. Mit gewakel hat das ganze wenig zu tun, ich finde es sehr spannend und Interessant, daß man damit längenänderungen unter 650 nm je nach verwendeten Laser messen kann. Ich würde den einen Spiegel auf eine verstellbare Längseinheit mit Hundertstel - Schritten montieren. Bei einer verstellung von 5 Tausendstel müsste das entsprechende Beugungsbild auf der Mattscheibe einen Gangunterschied aufweisen, das man als konstruktive Interferenz - helle Streifen oder als destruktive Interfernz dunkle Streifen erkennen müsste . Mit der LED Lampe könnte man vielleicht auch ein Weißlicht - Interferometer bauen ?

[VDX]

… wenn du was im Nanometerbereich messen/sehen willst, dann brauchst du nicht unbedingt ein Interferometer.

Als ich was “kleines” in Richtung Präzisionsmessung gesucht und nicht gefunden hatte (max 2x2x2mm in XYZ, 100nm Auflösung), habe ich mir selber was mit von einem Laserbelichter gedruckten Folien mit einem 50µm Kreuz-Streifenraster (50µm Linienbreite und gleich breite Lücke dazwischhen) drucken lassen.

Zwei von den Folien übereinandergelegt (hast mit passend herumdrehen der Folien die Wahl 1x oder 2x Foliendicke als Abstand zwischen den Rastern) und von Unten mit einer “Punktlichtquelle” (LED durch einen an einem Ende “dünn” gezogenen 1mm-Polymer-Lichtleiter) und ein “nackter” Kamera-Sensor direkt über der Folie ergeben auf dem Monitor ein “Moiré-Muster” eines vielfach vergrößerten “Kreuz-Rasters” … die “Vergrößerung” hängt auch von den jeweiligen Abständen Punktlichtquelle<>Folie1<>Folie2<>Kamerasensor ab … ich hatte da iwas bis um 900:1 eingestellt.

Wenn ich eine Folie gegenüber der anderen bewege, dann “bewegt” sich das Moiré-Muster auf dem Monitor entsprechend der “Vergrößerung” - bei einer 900:1 Verg. also um bis 900x mehr, als die tatsächliche Bewegung der Folie.

Mit Kamera oder Lichtquelle etwas weiter weg wird das Muster kleiner, dann hast du aber noch eine “Z-Option” – wenn du jetzt den Abstand der Folien vergrößerst, wird das Muster ebenfalls “kleiner” - also Info über “Z-Höhe” … und wenn du die beiden Folien gegeneinander verdrehst, dann verändert sich das Muster ebenfalls!

Jetzt das Video-Bild in OpenCV bearbeiten lassen und die Abstände und Positionsänderungen der “Moiré-Maxima” ausgewertet, kannst du die jeweilige Positionsveränderung bis runter zu ein paar 10 Nanometer erkennen

[Lightsource]

@VDX

ein “Moiré-Muster” eines vielfach vergrößerten

So wird die Positionierung übrigens auch in Canon-Objektiven gemacht, (wahrscheinlich auch in anderen Marken)
Die Anwendungsmöglichkeiten von Moiré werden oft unterschätzt.

[Death]

Einen großen Denkfehler im Kopf sollten wir am besten sofort killen. Beim Welle/Teilchen Dualismus wird ja immer behauptet, Licht kann auch eine Welle sein.

Das ist falsch und ist der Allgemeinbildung zu verdanken, damit wir uns das besser im Kopf vorstellen können. Licht wird mithilfe einer Wellenformel beschrieben/berechnet, nicht mehr und nicht weniger. Genau aus diesem Grunde kann Licht keine Welle sein. Beim Welle/Teilchen Experiment kommt es zur sogenannten Superposition und man betrittt somit sofort den Raum der Quantenmechanik. Ich habe selber ( ich habe ja nicht studiert, sondern nur Hauptschule ) echt lange gebraucht, um diesen Irrglauben wieder aus meinem Kopf zu bekommen. Bei einem Einzelphotonenlaser erhältst du auch am Doppelspalt das Ergebnis. Wenn du Elektronen durch einen Doppelspalt schickst auch und sogar bei Atomen erhältst du den Dualismus am Doppelspalt. Misst du dieses Verhalten am Doppelspalt, ist der Dualismus weg. Das meinte Albert Einstein mit dem Satz “ Wenn keiner zum Mond rauf schaut, ist der dann vorhanden ? )

Wenn du eine Messung machst ( also wissen willst, welches Photon durch welchen Spalt flitzt ) greifst du automatisch in diesen Vorgang ein. Du verhinderst dadurch die Superposition, weil du zus. Energie ins System bringst. Das ist damit gemeint, das man die Natur erpresst bei einem Messvorgang. Wenn du dir ein einzelnes Photon vorstellst, so erkläre ich mir das jetzt, hast du ja ein “Etwas” mit einem elektrischen Feld und einem Magnetischen Feld. Und dieses “Ding” rotiert. Und somit erhältst du auf einer Zeitachse gesehen, wenn du nur auf die Pole achtest, automatisch eine Welle, wenn du das auf dem Papier zeichnest. Aus der Kreiselbewegung wird über Zeitachse eine Wellenform.

Ich denke mal, Viktor kann das in etwa so bestätigen.

Übrigens brauchst du für das Doppelspalt Experiment auch nur einen Laserpointer und ein Haar.

[axon-F]

Hallo und einen schönen guten Montagmorgen, herzlichen Dank noch für die vielen Beiträge, hallo grüß dich Death. Auch ich, habe nur den Hauptschulabschluss mit Quali , bis dato hatte ich immer gedacht, das Doppelspaltexperiment ist Stand der gegenwärtigen wissenschaftlichen Lehrmeinung. Dabei kann Licht - Photonen beides sein, Teilchen und Welle - je nach Art der Messung. So is es eben halt in der Welt der Quantenmechanik, Schrödingers Katze kann auch gleichzeitig Tod oder Lebendig sein. Im Augenblick habe ich noch etwas schiss vor Laser und Konsorten , und ohne Brille würde ich nicht mal ein Laserpointer auf ein Strahlteiler richten. Kennt vielleicht jemand von euch nen Shop wo man entsprechende Laserschutzbillen nach EN … ordern kann? Im Anschluss noch ein paar Bildchen zum Thema. Viele herzliche Grüße von axon-F.

[VDX]

… das mit dem “Welle-Teilchen-Dualismus” wurde vor Kurzem von einem chinesischen Forscher nochmal etwas “festgenagelt” - der damalige “Streit” zwischen Albert Einstein und Niels Bohr scheint erstmal im Sinne von Bohr entschieden:

Die Einstein-Bohr-Debatte wurde endgültig entschieden! Nach 100 Jahren!

Wenn man dafür aber auch noch die Multi-Universums-Theorie hinzuzieht und mit den “Wahrscheinlichkeiten” würfelt, dann könnte das dann aber doch wieder ganz anders sein

[Death]

Axon, du musst ja nicht mit einem 400 Watt Laser durch die Gegend ballern. Ein Pointer Laserklasse 1 reicht für das Experiment erst mal vollkommen aus.

[axon-F]

Hallo und einen schönen guten Donnerstagnachmittag, hallo VDX und Death, herzlichen Dank noch für euren Beitrag. Ich habe eh nur zwei 1,5 Watt Laser für meinen Anycubic Mega 3 D Drucker, große Sprünge kann mam da nicht machen, reicht vielleicht gerade mal zum gravieren von Sperrholz . Für das Experiment zum Michelson - Interferometer würde ich nen Katzenlaser - Pointer verwenden. Den einen Spiegel würde ich doch lieber an ein beheitztes Kupferrohr montieren, denn mechanisch wird man wohl kaum etwas unter 1000 Nanometer - 1 tausendstel Millimeter bewegen können. Jeder Durchgang bei dem Überschneiden der beiden Beugungsbilder müsste ich eben händisch mit dem Auge zählen, was man als abwechsende runde Schwarze Fläche erkennen müsste .

[Lightsource]

Vor etwa 15 Jahren hatte ich mit diesem Aufbau Interferenzmuster mit einer roten Laserdiode mit einfacher Aufweitoptik projizieren können.

Das Abzählen ist da nicht so einfach. Aber du könntest ja eine Kamera ohne Objektiv verwenden, und die Muster dann am PC auswerten. Der rechte Spiegel ist mit der Schraube verschiebbar. Wenn man diese Schraube (besser wäre Feingewinde) gleichmäßig motorisch drehen würde, könnte man die Muster vielleicht besser auswerten. Wenn du einen Laser aufweitest, wirst du konzentrische Kreise sehen. Im Inneren sieht man dann bei der Bewegung des Spiegels, dass dieses Zentrum abwechselnd hell und dunkel wird. Das könnte man dann z.B. mit einer Fotodiode auswerten und ins Verhältnis zur Bewegung setzen.

[axon-F]

Hallo und einen schönen Samstagnachmittag, hallo grüß dich Lightsource, deine verstellbare Spiegelhalterung ist sehr aufwendig aus Messing gefertigt , sehr schön und fachmännisch. Um das Überschneiden der Interferenzmuster zu erkennen, braucht man ne verstellung unter 1000 Nanometer, das bekommt man mit einfachen mitteln nur mit einem beheizten Kupferstab - Rohr hin, über die Längenänderung. So eine Piezo- Nano Positionseinheit, wie Sie VDX gezeigt hat, geht ja in die hunderte bis tausende . Die Interferenzmustern zu bewerten und Auszuwerten ist ne eigene Wissenschaft für sich, auch die komplexeste Maschine der Welt von ASML funktioniert nach diesem Prinzip, hier noch ein interessanter Link dazu, https://youtu.be/MiUHjLxm3V0?si=jRA_laBEd7FTSMij . Aber die Chinesen sind wie immer sehr gut im Kopieren, mit Hilfe von ehemaligen ASML Ingenieuren ist es Ihnen wohl auch gelungen, solche EUV - Lithographiesysteme zu bauen. Auch die Ptychography ist ein basiert auf dem Überschneiden von Interferenzmustern, nur eben ist die entsprechende Auswertung sehr komplex .

[VDX]

… naja - “unter 1000nm” – 1000nm sind ja 1µm - das geht auch noch “handisch”

Die kleinen Mikrojustierer für Optik-Aufbauten kosten bei ebay oder Kleinanzeigen ein paar Euro und gibts auch in “noch kleiner” mit kompletten 3-Achs-Aufbauten.

Hab’ so vor 20 Jahren einen “manuellen 5-Achs-Positionierer” fürs Aufspannen und feinjustieren von dünnen Platindrähten (10 und 1µm) für unter 200€ Selbstkosten aufgebaut – unter dem Mikroskop ließ sich das schon ziemlich genau und auf unter 1µm positionieren/justieern … unter 100nm ging damit dann aber auch nur noch “nach Gefühl” …

[VDX]

… dieser “XY-Positionierer”, den ich mal für unters Mikroskop “zusammengestoppelt” hatte, ist auch überraschend fein auflösend!

Die Linearführungen sind halbwegs hochwertige Teile für je 60€ … der Rest ist aber im Keller zusammengesucht und als “spielfreie Führung” habe ich einfach eine M3-Gewindestange gegen eine Filz-Folie gedrückt - das gibt über die Länge ausgemittelt eine superpräzise Führung gegem die Gewindegänge und unter dem Mikroskop konnte ich so auch auf weit unter 1µm genau verstellen