Laserový interferometr za deset korun
Moderátor: Moderátoři
Kulikus 1: Vícekvadrantovou fotodiodou se myslí fotodioda s více prostorově a elektricky oddělenými systémy? Takovou bych samozřejmě v takové mechanice očekával, protože laserový svazek se na mřížce štěpí do několika svazků sledujících samotnou stopu záznamu a její okraje. Za nějakých okolností by ta součástka vzdáleně směřovala k rychlejší alternativě řádkového CCD. Ale počet a geometrie těch systémů by nejspíš nevyhověly, tam ty systémy budou asi miniaturní a blízko sebe. Je to pro specifické použití. A především je tu stále jiná optická dispozice. Interferenční proužky je třeba oddělit a zaostřit (výkonové zkoncentrovat) na snímací plochy. Takže návrhu rozumím, děkuji za podnět, ale touto cestou nepůjdu. Řešení vidím opravdu v reliéfní čočce s integrovanými fotodiodami a případně pro úvodní pokusy v soustavě čoček s oddělenými úkoly.
Artaban001: Optické závory ani běžné laserové dálkoměry (nemyslím ty k posuvům v obráběcích strojích) pokud vím nemají nic společného s interferometrem. Nebo případně prosím objasnit myšlenku.
U mj. i mého interferometru se setkávají laserové svazky procházející od společného zdroje po dvou víceméně různě dlouhých drahách a protože se nesetkávají rovnoběžně, vzniká obrazec interferenčních proužků, ve kterých se svazky podle vzájemného fázového posuvu sčítají nebo třeba odečítají. Pokud se například délka jedné dráhy prodlouží o cca 320 nm tím, že se odrazná skleněná destička vzdálí o 160 nm, posunou se světlé proužky tam, kde předtím byla tma, a tmavá místa tam, kde byly světlé proužky. Takže i u tak jednoduchého a levného zařízení lze očekávat rozlišení pod 100 nm a naopak je nutno dost rychle sledovat kmitání proužků, aby nějaký přeběh neunikl jejich počítání. To nemá moc společného s nastavením dosahu optické závory.
Cust: Lasery, se kterými jsem pokusničil, mají kromě v podstatě nezapouzdřeného laserového čipu na měděném plíšku plastovou čočku optimalizovanou k zaostření stopy do nekonečna - je to zřejmě pro ukazovátka. V mé konstrukci na fotce jsem vyrobil nový delší tubus objektivu pro zaostření stopy na cca 70 mm. Bohužel jsem nevygoogloval vhodnější čočku a ta původní při ostření na ještě kratší vzdálenost už má stopu moc rozmazanou, nemá k tomu vhodnou geometrii ploch. Vyrobit čočku přímo k laserové diodě podomácku nebo s rozumnými náklady zakázkově je asi nemyslitelné. Dala by se sestavit dvojice čoček, třeba za tu původní ostřící do nekonečna přidat ještě jednu s větší ohniskovou vzdáleností, ale ani takovou jsem nevygoogloval v podobě, jakou by stálo za to objednat. To jsou opět čočky k zaostření diod do nekonečna, jen k umístění ve větší vzdálenosti od nich a mají proto neprakticky velký průměr. Pokud si dobře vzpomínám. Já jsem se rozhodl pro vyhovující kompromis s tou jednou původní čočkou. Dát za sebe symetricky dvě stejné původní čočky by naopak vedlo k neprakticky malé ohniskové vzdálenosti výsledného objektivu a použitelné ohnisko by bylo příliš blízko, i kdyby se bližší čočka přisunula blíže k diodě, než na co je navržená. Tyto čočky svým průměrem obsáhnou energii z celé významné směrové vyzařovací charakteristiky diody, nemohou proto být sférické a mají na obou stranách nějaký speciální tvar, který přinejmenším na straně otočené ke diodě připomíná sférickou plochu jen uprostřed. Při svém průměru jsou u diody relativně hodně blízko. Dala by se obětovat část výkonu diody a okraj čočky zaclonit. Pokud je ale při zaostření soustavy do blízka čočka od diody oproti optimu oddálena, zaclonění okraje čočky se projeví ještě silněji.
/ Pokud by šlo jen o kolísání výkonu s teplotou při konstantním proudu za jinak regulérních podmínek, tak je chyba v tom konstantním proudu, protože pokud se od diody očekává záření v nějaké kvalitě, musí se míra inverzní populace udržovat zpětnovazební smyčkou přes napájecí proud. Já bych k tomu u interferometru použil dolní referenční řádek interferenčních proužků zaostřený na jedinou fotodiodu bez jejich prostorové separace. Na rozdíl od horního řádku proužků, kde je ta separace naopak potřebná. U laserové diody z GM bych si bez dalších informací nebyl jistý, jestli je opravdu vhodná pro kontinuální provoz, nebo ho jen nějaký krátký čas vydrží při rychle klesající účinnosti a s vlivem vysoké teploty přechodu na vhodnou aktuální hodnotu optimálního proudu. U mého interferometru má na optimální proud vliv i vnější rezonátor. Při jeho dobrém naladění je nejen spektrální čára nejužší, ale současně i při nejmenším optimálním proudu. Předpokládám ale, že by interferometr byl vyhříván na stabilní teplotu, aby správné naladění rezonátoru neujíždělo s teplotní závislostí vlnové délky samotné diody a/nebo s tepelnou roztažností konstrukce vnějšího rezonátoru, a v impulsním provozu by byl ohřev přechodu málo významný. Představuji si nosnou konstrukci interferometru jako všelijak provrtaný duralový kvádřík. Tohle asi nemá vztah k té optické mřížce, protože tam se asi svazek do laserové diody ve významnější míře nevrací.
/ Obecně bych byl ke spolupráci velmi nakloněn a proto jsem toto vlákno i vytvořil. Ale právě výroba reliéfních čoček je něco, k čemu se přes jiné úkoly asi dostanu tak za zmíněných 130 let, jestli mi ještě bude sloužit zdraví.
kulikus 2: Jestli to bylo na Custa, tak předpokládám, že jeho měření nevyžaduje velký výkon, ale nic o jeho úloze nevím. U mého interferometru je to úplně bezpředmětné. Mimochodem výkonové polovodičové lasery jsou optimalizované na impulsní, případně podle typu mnohem menší kontinuální výkon. Moc se mi nezdá, že by byly v něčem vhodnější pro nějaké nevýkonové aplikace, než běžné diody se subtilnější strukturou navrženou pro menší výkony. Výkonový laser se dá budit úměrně kratšími impulsy optimálního proudu, struktura je pak chladnější, ale očekával bych řadu jiných nevýhod.
Artaban001: Optické závory ani běžné laserové dálkoměry (nemyslím ty k posuvům v obráběcích strojích) pokud vím nemají nic společného s interferometrem. Nebo případně prosím objasnit myšlenku.
U mj. i mého interferometru se setkávají laserové svazky procházející od společného zdroje po dvou víceméně různě dlouhých drahách a protože se nesetkávají rovnoběžně, vzniká obrazec interferenčních proužků, ve kterých se svazky podle vzájemného fázového posuvu sčítají nebo třeba odečítají. Pokud se například délka jedné dráhy prodlouží o cca 320 nm tím, že se odrazná skleněná destička vzdálí o 160 nm, posunou se světlé proužky tam, kde předtím byla tma, a tmavá místa tam, kde byly světlé proužky. Takže i u tak jednoduchého a levného zařízení lze očekávat rozlišení pod 100 nm a naopak je nutno dost rychle sledovat kmitání proužků, aby nějaký přeběh neunikl jejich počítání. To nemá moc společného s nastavením dosahu optické závory.
Cust: Lasery, se kterými jsem pokusničil, mají kromě v podstatě nezapouzdřeného laserového čipu na měděném plíšku plastovou čočku optimalizovanou k zaostření stopy do nekonečna - je to zřejmě pro ukazovátka. V mé konstrukci na fotce jsem vyrobil nový delší tubus objektivu pro zaostření stopy na cca 70 mm. Bohužel jsem nevygoogloval vhodnější čočku a ta původní při ostření na ještě kratší vzdálenost už má stopu moc rozmazanou, nemá k tomu vhodnou geometrii ploch. Vyrobit čočku přímo k laserové diodě podomácku nebo s rozumnými náklady zakázkově je asi nemyslitelné. Dala by se sestavit dvojice čoček, třeba za tu původní ostřící do nekonečna přidat ještě jednu s větší ohniskovou vzdáleností, ale ani takovou jsem nevygoogloval v podobě, jakou by stálo za to objednat. To jsou opět čočky k zaostření diod do nekonečna, jen k umístění ve větší vzdálenosti od nich a mají proto neprakticky velký průměr. Pokud si dobře vzpomínám. Já jsem se rozhodl pro vyhovující kompromis s tou jednou původní čočkou. Dát za sebe symetricky dvě stejné původní čočky by naopak vedlo k neprakticky malé ohniskové vzdálenosti výsledného objektivu a použitelné ohnisko by bylo příliš blízko, i kdyby se bližší čočka přisunula blíže k diodě, než na co je navržená. Tyto čočky svým průměrem obsáhnou energii z celé významné směrové vyzařovací charakteristiky diody, nemohou proto být sférické a mají na obou stranách nějaký speciální tvar, který přinejmenším na straně otočené ke diodě připomíná sférickou plochu jen uprostřed. Při svém průměru jsou u diody relativně hodně blízko. Dala by se obětovat část výkonu diody a okraj čočky zaclonit. Pokud je ale při zaostření soustavy do blízka čočka od diody oproti optimu oddálena, zaclonění okraje čočky se projeví ještě silněji.
/ Pokud by šlo jen o kolísání výkonu s teplotou při konstantním proudu za jinak regulérních podmínek, tak je chyba v tom konstantním proudu, protože pokud se od diody očekává záření v nějaké kvalitě, musí se míra inverzní populace udržovat zpětnovazební smyčkou přes napájecí proud. Já bych k tomu u interferometru použil dolní referenční řádek interferenčních proužků zaostřený na jedinou fotodiodu bez jejich prostorové separace. Na rozdíl od horního řádku proužků, kde je ta separace naopak potřebná. U laserové diody z GM bych si bez dalších informací nebyl jistý, jestli je opravdu vhodná pro kontinuální provoz, nebo ho jen nějaký krátký čas vydrží při rychle klesající účinnosti a s vlivem vysoké teploty přechodu na vhodnou aktuální hodnotu optimálního proudu. U mého interferometru má na optimální proud vliv i vnější rezonátor. Při jeho dobrém naladění je nejen spektrální čára nejužší, ale současně i při nejmenším optimálním proudu. Předpokládám ale, že by interferometr byl vyhříván na stabilní teplotu, aby správné naladění rezonátoru neujíždělo s teplotní závislostí vlnové délky samotné diody a/nebo s tepelnou roztažností konstrukce vnějšího rezonátoru, a v impulsním provozu by byl ohřev přechodu málo významný. Představuji si nosnou konstrukci interferometru jako všelijak provrtaný duralový kvádřík. Tohle asi nemá vztah k té optické mřížce, protože tam se asi svazek do laserové diody ve významnější míře nevrací.
/ Obecně bych byl ke spolupráci velmi nakloněn a proto jsem toto vlákno i vytvořil. Ale právě výroba reliéfních čoček je něco, k čemu se přes jiné úkoly asi dostanu tak za zmíněných 130 let, jestli mi ještě bude sloužit zdraví.
kulikus 2: Jestli to bylo na Custa, tak předpokládám, že jeho měření nevyžaduje velký výkon, ale nic o jeho úloze nevím. U mého interferometru je to úplně bezpředmětné. Mimochodem výkonové polovodičové lasery jsou optimalizované na impulsní, případně podle typu mnohem menší kontinuální výkon. Moc se mi nezdá, že by byly v něčem vhodnější pro nějaké nevýkonové aplikace, než běžné diody se subtilnější strukturou navrženou pro menší výkony. Výkonový laser se dá budit úměrně kratšími impulsy optimálního proudu, struktura je pak chladnější, ale očekával bych řadu jiných nevýhod.
jo, je to tak, mám podobné zkušenosti s lasery. Mě by stačilo asi obyč čočku a dát ji od diody dál. Asi poprosím kluky od soustruhu, jestli by mě něco nevyrobili a použiju plastovou čočku vymontovanou z origo tubusu.
Ještě mě jeden člověk doporučoval vyzkoušel čočku z mikroskopu. Asi okulár - ještě jsem nevyzkoušel. Je toho rozjetého hodně a vrhnu se na to až při sepisování cenové nabídky.
Co se týče výkonu, stačí mi 1 mW. I ten jsem kolimoval, ale bylo to spíše ke škodě, kolimátory museli mít spec tvar okrajů, jinak odrazy!
Navíc jedu v pulzech pár µs a pak dlouho klid. Pak to měřím špičkovým detektorem - můžu si na fotodiodách filtrovat sluníčko - můžu měřit i v létě kolem poledne u okna.
Ta stabilita je nepředvídatelná, něco šlape ok už pár let (zařízení je v provozu velmi zřídka) a některé diody začali každý den s jinou intenzitou, dokonce i okem pozorovatelnou změnou. Pak většinou zkolabovali úplně. Takže tu fotodiodu přímo v laseru doporučuju. Nějak těm laserům už nevěřím.
U "normální" optiky včetně běžných mikroskopů je světlost objektivů "normální" a plochy víceméně stačí sférické.
Ohledně fotodiod na sluníčku je to ošemetné. Dostal jsem se k tomu tématu při vývoji dálkového ovládání popsaného zde:
https://vyvoj.hw.cz/teorie-a-praxe/kons ... h-dsp.html
Moje asi ne moc překvapivé poznatky jsou, že při oslunění nejenom že proud fotodiodou pochopitelně musí spolu s fotony úměrně kvantově šumět a také to dělá, ale diodě i klesne diferenciální odpor v závěrném směru (což se projeví zatlumením rezonančního obvodu, je-li do něj fotodioda začleněna, a jistě i tepelným šumem toho diferenciálního odporu). A samozřejmě sluníčkem přidaný značný proud může přebudit následující obvody. Pokud toto všechno není problémem, je vhodnější použít za aspoň nějakým jednoduchým filtrem synchronní demodulátor. Asi nějak speciálně vzorkující s krátkými okénky pro tmu a impuls, protože ty impulsy nebudou mít rozhodně střídu 1/2. Takže i předfiltrace by měla být úměrně širokopásmová. Což jsem předpokládal i u interferometru, protože nevylučuji třeba i významný průnik (nemodulovaného) světla z vnějších zdrojů.
Kam a jak umístit fotodiodu pro řízení laseru je asi případ od případu. Nemusí to být nutně nejlepší ve společném pouzdře s laserovou diodou. Nejsem specialistou a nebudu dělat chytrého.
Ohledně fotodiod na sluníčku je to ošemetné. Dostal jsem se k tomu tématu při vývoji dálkového ovládání popsaného zde:
https://vyvoj.hw.cz/teorie-a-praxe/kons ... h-dsp.html
Moje asi ne moc překvapivé poznatky jsou, že při oslunění nejenom že proud fotodiodou pochopitelně musí spolu s fotony úměrně kvantově šumět a také to dělá, ale diodě i klesne diferenciální odpor v závěrném směru (což se projeví zatlumením rezonančního obvodu, je-li do něj fotodioda začleněna, a jistě i tepelným šumem toho diferenciálního odporu). A samozřejmě sluníčkem přidaný značný proud může přebudit následující obvody. Pokud toto všechno není problémem, je vhodnější použít za aspoň nějakým jednoduchým filtrem synchronní demodulátor. Asi nějak speciálně vzorkující s krátkými okénky pro tmu a impuls, protože ty impulsy nebudou mít rozhodně střídu 1/2. Takže i předfiltrace by měla být úměrně širokopásmová. Což jsem předpokládal i u interferometru, protože nevylučuji třeba i významný průnik (nemodulovaného) světla z vnějších zdrojů.
Kam a jak umístit fotodiodu pro řízení laseru je asi případ od případu. Nemusí to být nutně nejlepší ve společném pouzdře s laserovou diodou. Nejsem specialistou a nebudu dělat chytrého.
Psal jsem měřit můžu (bylo to trošku s nadsázkou), ale fakt je ten, že se to využívá v laborce bez oken a jen s malou lampičkou s klasickou žárovkou (ne pulsní světlo). Měřák kontroluje okolní světlo a píše jeho intenzitu. Nad přípustnou mez (hrozí přebuzení) hlásí error Ambient light.
Nemám zkušenost, teď chci využít laser s fotodiodou v jednom pouzdře.Lojza1 píše:Kam a jak umístit fotodiodu pro řízení laseru je asi případ od případu. Nemusí to být nutně nejlepší ve společném pouzdře s laserovou diodou. Nejsem specialistou a nebudu dělat chytrého.
Lojza1: Možná jako první by bylo dobré říct, k čemu to má vlastně celé sloužit ?
.
Pravděpodobně by se ukázalo, že interferometr je to nejméně vhodné řešení.
Pokud jde o ty čočky, jakékoliv pokusničení by si opravdu zasloužilo alespoň skleněné čočky, plast je jenom levná náhražka a vlastní výrobu čoček, na to rovnou zapomeň. Vykuchat nějaký mikroskop se zdá jako cesta nejmenšího odporu. To, že čočka má velký průměr, ničemu nevadí, uplatní se jenom nepatrná část kolem středu, kde prochází paprsek, jenom se to musí dobře vycentrovat. Navíc nehraje roli disperze, protože se jede na jedné vlnové délce. Takže v tomto punktu je fyzika vyjímečně docela milosrdná.
Ke stabilitě laseru, od číňana za 4,- Kč bych opravdu nic nečekal. Musí existovat seriózní výrobci s laserem v ceně třeba i více stokorun, ale se zaručenými parametry. Musela by být také uvedené stabilita vlnové délky a za jakých podmínek platí. Co nevím, jestli ze samotného principu se polovodičový laser na takové účely hodí. Skutečný interferometr používá rubínovou tyčinku se zabroušenými čely, jedno odrazné, druhé polopropustné. To je o něčem jiném, jak kvalitou, tak cenou. Existuje dnes pochopitelně i řada jiných laserů, ale všechno ve zcela jiné kategorii, než o jaké se tu bavíme.
.
Pravděpodobně by se ukázalo, že interferometr je to nejméně vhodné řešení.
Pokud jde o ty čočky, jakékoliv pokusničení by si opravdu zasloužilo alespoň skleněné čočky, plast je jenom levná náhražka a vlastní výrobu čoček, na to rovnou zapomeň. Vykuchat nějaký mikroskop se zdá jako cesta nejmenšího odporu. To, že čočka má velký průměr, ničemu nevadí, uplatní se jenom nepatrná část kolem středu, kde prochází paprsek, jenom se to musí dobře vycentrovat. Navíc nehraje roli disperze, protože se jede na jedné vlnové délce. Takže v tomto punktu je fyzika vyjímečně docela milosrdná.
Ke stabilitě laseru, od číňana za 4,- Kč bych opravdu nic nečekal. Musí existovat seriózní výrobci s laserem v ceně třeba i více stokorun, ale se zaručenými parametry. Musela by být také uvedené stabilita vlnové délky a za jakých podmínek platí. Co nevím, jestli ze samotného principu se polovodičový laser na takové účely hodí. Skutečný interferometr používá rubínovou tyčinku se zabroušenými čely, jedno odrazné, druhé polopropustné. To je o něčem jiném, jak kvalitou, tak cenou. Existuje dnes pochopitelně i řada jiných laserů, ale všechno ve zcela jiné kategorii, než o jaké se tu bavíme.
Když už kulikus zmínil tu vícenásobnou fotodiodu například z mechaniky CD, napadlo mě, jestli ji i s laserem někdo zkusil použít pro konstrukci širokopásmového vysokofrekvenčního mikrofonu. Přiměřeně zaostřit (resp. rozostřit) ohnisko laseru někam mezi dvě snímací plochy fotodiody a z poměru proudů diodami odvodit gradient akustického tlaku (resp. indexu lomu ve vzduchu) kolmo na dráhu svazku. Citlivost na akustický tlak vlny by rostla úměrně její frekvenci. Někdo by mohl spočítat a promyslet, jestli by takový mikrofon byl k užitku.
Jedna věc z té mechaniky by se vlastně pro interferometr mohla hodit. U optiky, kterou jsem kdysi rozebral, byla kromě plastové nesférické čočky u laseru i další čočka, skleněná a nejspíš sférická, zaostřující rovnoběžný svazek na stopu záznamu. Ta měla (možná, snad) i antireflexní povlak a celkem vhodnou ohniskovou vzdálenost, takže taková soustava dvojice čoček by umožnila vyhnout se kompromisům mezi přibližováním a rozmazáváním ohniska laseru vzdalováním "ukazovátkové" čočky od diody. Jenže se tím k ceně laseru cca 4 Kč přičte cena mechaniky CD ROM a ten kompromis s jedinou čočkou přitom funguje dobře.
Mimochodem, k rozhraní optických prostředí se vztahuje pojem totální odraz. Ten definuje při daných indexech lomu úhel kuželu, který lze ze směrové vyzařovací charakteristiky laserové diody teoreticky pojmout jedinou čočkou a který pak ještě závisí na tom, jak daleko se má svazek zaostřit v poměru k rozměrům čočky. Ta plastová čočka k laserové diodě má klenuté plochy na obou stranách a věřím, že je navržená pečlivě, aby výkon diody co nejlépe využila. Návrh čočky co do její optické mohutnosti má jistě nějaký vztah i k zamýšlené laserové diodě. Pokud by se její struktura promítla menší a blíže umístěnou (tj. celkově zmenšenou) čočkou, byl by promítnutý obraz struktury diody více zvětšený, tj. méně bodový, než by se dal do stejné vzdálenosti promítnout čočkou s menší optickou mohutností. Investovat do výroby špatně navržené čočky by šlo snad jedině v izolovaném, přísně a hloupě regulovaném trhu. V soudobé Asii by to byl nejspíš úplně poslední pokus špatného investora. V této oblasti vítěz bere vše. Podobné je to ostatně i s návrhem struktury laserové diody bez ohledu na její technologickou náročnost, kvalitu zapouzdření a výslednou cenu. Jde o to, že pokud by se taková čočka měla speciálně navrhnout, aby sama zaostřila ohnisko laseru někam hodně blízko, nutně by se tím omezil ten zmíněný kužel vymezující využitelnou část směrové charakteristiky diody. Sestava dvou čoček má zase větší ztráty odrazem na optických rozhraních, obdobně jako použití materiálu s větším indexem lomu. Nakonec si pro potřeby interferometru celkem stojím za svým kompromisem využívajícím jedinou čočku, která už je zahrnuta v ceně laseru, a opakuji, že obecně je tím nějak vymezeno použití součástí laserového ukazovátka na spíše vzdálenější polohu ohniska.
U vypalovaček CD/DVD je hospodaření s výkonem laseru podstatnější, než u čteček. Když z notebooku vysunu šuplík pro optický disk, mám před očima jednu takovou čočku a zdá se mi být silně namodralá. Je to nejspíš kompromis akceptující vyšší cenu a možná větší choulostivost přeměřené k požadavkům na vlastnosti.
Jedna věc z té mechaniky by se vlastně pro interferometr mohla hodit. U optiky, kterou jsem kdysi rozebral, byla kromě plastové nesférické čočky u laseru i další čočka, skleněná a nejspíš sférická, zaostřující rovnoběžný svazek na stopu záznamu. Ta měla (možná, snad) i antireflexní povlak a celkem vhodnou ohniskovou vzdálenost, takže taková soustava dvojice čoček by umožnila vyhnout se kompromisům mezi přibližováním a rozmazáváním ohniska laseru vzdalováním "ukazovátkové" čočky od diody. Jenže se tím k ceně laseru cca 4 Kč přičte cena mechaniky CD ROM a ten kompromis s jedinou čočkou přitom funguje dobře.
Mimochodem, k rozhraní optických prostředí se vztahuje pojem totální odraz. Ten definuje při daných indexech lomu úhel kuželu, který lze ze směrové vyzařovací charakteristiky laserové diody teoreticky pojmout jedinou čočkou a který pak ještě závisí na tom, jak daleko se má svazek zaostřit v poměru k rozměrům čočky. Ta plastová čočka k laserové diodě má klenuté plochy na obou stranách a věřím, že je navržená pečlivě, aby výkon diody co nejlépe využila. Návrh čočky co do její optické mohutnosti má jistě nějaký vztah i k zamýšlené laserové diodě. Pokud by se její struktura promítla menší a blíže umístěnou (tj. celkově zmenšenou) čočkou, byl by promítnutý obraz struktury diody více zvětšený, tj. méně bodový, než by se dal do stejné vzdálenosti promítnout čočkou s menší optickou mohutností. Investovat do výroby špatně navržené čočky by šlo snad jedině v izolovaném, přísně a hloupě regulovaném trhu. V soudobé Asii by to byl nejspíš úplně poslední pokus špatného investora. V této oblasti vítěz bere vše. Podobné je to ostatně i s návrhem struktury laserové diody bez ohledu na její technologickou náročnost, kvalitu zapouzdření a výslednou cenu. Jde o to, že pokud by se taková čočka měla speciálně navrhnout, aby sama zaostřila ohnisko laseru někam hodně blízko, nutně by se tím omezil ten zmíněný kužel vymezující využitelnou část směrové charakteristiky diody. Sestava dvou čoček má zase větší ztráty odrazem na optických rozhraních, obdobně jako použití materiálu s větším indexem lomu. Nakonec si pro potřeby interferometru celkem stojím za svým kompromisem využívajícím jedinou čočku, která už je zahrnuta v ceně laseru, a opakuji, že obecně je tím nějak vymezeno použití součástí laserového ukazovátka na spíše vzdálenější polohu ohniska.
U vypalovaček CD/DVD je hospodaření s výkonem laseru podstatnější, než u čteček. Když z notebooku vysunu šuplík pro optický disk, mám před očima jednu takovou čočku a zdá se mi být silně namodralá. Je to nejspíš kompromis akceptující vyšší cenu a možná větší choulostivost přeměřené k požadavkům na vlastnosti.
makak: Právě že možné použití interferometru jsem navrhnul už na první stránce vlákna, proto jsem doporučil si přečíst, co jsem v něm napsal. Interferometr by se hodil třeba pro sledování drobných odchylek polohy vozíku jedoucího po kolejnici na kuličkových ložiscích. Kuličky jedou ve svých drážkách, vozík se proto trochu houpe a interferometr to houpání snímá na referenční skleněné ploše vedoucí vedle kolejnice. Může se pak v dalších osách korigovat poloha nástroje jedoucího na vozíku. Ale nerad píšu totéž dvakrát za sebou... 
Nepřehlédl jsem to, jenom pořád nevím, co by mělo být tím nástrojem, který se s vozíkem pohybuje. Zcela polopaticky, pokud vyřešíš interferometr, máš konkrétní zařízení, na které to budeš aplikovat, nebo je to jenom úvaha ve stylu "kdyby to fungovalo, dalo by se to případně použít na to a na to a na to..." ?
-
Artaban001
- Příspěvky: 10090
- Registrován: 01 dub 2004, 00:00
- Bydliště: Pendrov
Ahoj, s tou optozávorou jsem to myslel tak, že na fotce ode mě výše je optický detektor zpětného paprsku, který není prostá fotodioda. Je to nějaký pole fotodiod, nebo CCD čip, či co já vím. Stopa na snímači je umístěna podle vzdálenosti překážky od závory. To stejný laserový dálkoměr z Lídlu ve svinovacím metru.
makak: Přesné souřadnicové vedení lze použít různě. Typicky pro nějaké obrábění. Pokud nemám vyřešené interferometry a ani to zatím nevypadá, že bych je někdy reálně měl v v šuplíku hotové, protože na to sám nemám dost času a nikdo jiný se do toho nehrne, tak se jejich aplikací detailně nezabývám. K jejich potřebě jsem dospěl, když jsem promýšlel různé možnosti podélných posuvů ohledně realizovatelnosti resp. ceny, životnosti a přesnosti pohybu. Ono se reálně nutně narazí na nějaký nepříjemně vysoký stupeň nejistoty, pod který už se lze dostat jen obtížně. Pokud by se dala akceptovat poměrně velká odchylka a nešlo by přímo o vůli, ale spíš o to zmíněné houpání na kuličkách, a ta odchylka by byla změřená a kompenzovatelná, byl by to při rozlišení na úrovni interferometru kvalitativní skok za málo peněz.
Artaban001: Díky za objasnění. Existuje také odporová fotodioda. To je fotodioda, která má nějakou plochu a vývody z ní nejdou natvrdo z celé plochy najednou, ale celá ta aktivní plocha je vyvedena do několika vývodů po stranách tak, že proud jednotlivými vývody teče v poměru podle polohy světelné stopy. Používalo se to pro laserové navádění raket. Třeba by tam mohlo být i něco na ten způsob. Pokud by to bylo pole fotodiod nebo CCD, při čtyřech vývodech podle fotky by v tom bylo i nějaké předzpracování a to by omezovalo použitelnost k jiným účelům.
Tak jako tak jsem přesvědčený, že správným řešením je reliéfní čočka s integrovanými fotodiodami. Nejlepší principiálně, realizovatelné nejspíš s nějakým dostupným vybavením i amatérsky a opakovatelné nezávisle na rozebírání hotových výrobků. Neláká mě pouštět se do řešení v principu méně vhodného, i kdyby se jeden kus povedl vyrobit a nějak by fungoval. To by sice nejspíš nějak fungoval, ale co z toho.
Zároveň uznávám, že hned v úvodu jsem uvedl různé možnosti řešení. Pokud by někdo ukázal neodolatelně vhodnou a dostupnou součástku, třeba opravdu pole fotodiod, tak bych se možná ještě zlákat nechal. Jak jsem v tomto vlákně psal dál, uvažoval jsem o tom a napadlo mě zmíněné ideální a realizovatelné finální řešení i pokusné řešení s oddělenou normální čočkou a reliéfní plochou, ty ostatní možnosti mě skoro přestaly zajímat. Omlouvám se, že teď reaguji asi nevděčně na dobře míněné podněty. Úplně jsem si to neuvědomil. Můj současný postoj je takový, že bych byl rád, kdyby tou cestou někdo zatoužil jít místo mne nebo ve vzájemné spolupráci, kterou bych si časově mohl dovolit.
Artaban001: Díky za objasnění. Existuje také odporová fotodioda. To je fotodioda, která má nějakou plochu a vývody z ní nejdou natvrdo z celé plochy najednou, ale celá ta aktivní plocha je vyvedena do několika vývodů po stranách tak, že proud jednotlivými vývody teče v poměru podle polohy světelné stopy. Používalo se to pro laserové navádění raket. Třeba by tam mohlo být i něco na ten způsob. Pokud by to bylo pole fotodiod nebo CCD, při čtyřech vývodech podle fotky by v tom bylo i nějaké předzpracování a to by omezovalo použitelnost k jiným účelům.
Tak jako tak jsem přesvědčený, že správným řešením je reliéfní čočka s integrovanými fotodiodami. Nejlepší principiálně, realizovatelné nejspíš s nějakým dostupným vybavením i amatérsky a opakovatelné nezávisle na rozebírání hotových výrobků. Neláká mě pouštět se do řešení v principu méně vhodného, i kdyby se jeden kus povedl vyrobit a nějak by fungoval. To by sice nejspíš nějak fungoval, ale co z toho.
Zároveň uznávám, že hned v úvodu jsem uvedl různé možnosti řešení. Pokud by někdo ukázal neodolatelně vhodnou a dostupnou součástku, třeba opravdu pole fotodiod, tak bych se možná ještě zlákat nechal. Jak jsem v tomto vlákně psal dál, uvažoval jsem o tom a napadlo mě zmíněné ideální a realizovatelné finální řešení i pokusné řešení s oddělenou normální čočkou a reliéfní plochou, ty ostatní možnosti mě skoro přestaly zajímat. Omlouvám se, že teď reaguji asi nevděčně na dobře míněné podněty. Úplně jsem si to neuvědomil. Můj současný postoj je takový, že bych byl rád, kdyby tou cestou někdo zatoužil jít místo mne nebo ve vzájemné spolupráci, kterou bych si časově mohl dovolit.
Zajimave vlakno, jen se zeptam asi uplne blbe, ale jak se da s obycejnou LD delat naka interferometrie? Nejak jsem se mylne domnival, ze to ma prilis rozplizly spektrum/kratkou koherencni delku, takze se to na tohle nehodi. Myslel jsem, ze na takovyhle aplikace se pouzivaj plynovy, treba HeNe LASERy, ale to uz neni za 4kc, spis tak par stovek nekde z druhy ruky kdyz se zadari... Cetl jsem zde, ze je pouzit jeste jakysi externi rezonator, ale nejak jsem to z te 1 tmave fotky nepochytil, tak to ma pracovat. Pokud je teda paprsek z LD jeste nejak vhodne prefiltrovan, tak pak je to asi o necom jinem...
Jinak pro to snimani carek by se mozna hodil ten snimac z opticke mysi, to by bylo odpovidajicne low cost. Jake je tam treba snimat rozliseni - DPI a jakou rychlosti? Ty snimace z mysi jsou v principu neco jako low-res kamera, co se pohybuje radove neco jako 32x32 - 64x64px ale zato relativne rychla, lepsi gamer myse asi budou zvladat mnoho ks/s.
Zde pro inspiraci nejake experimenty s mysosnimacema, ja sem si s tim zatim nehral, neni tolik casui na vsechny ty napady, ale mam nake nakuchane a k rade z nich (od serioznich vyrobcu jako treba avago) se daji najit i datasheety...
https://areciv.com/blog/2007/10/optical ... periments/
https://jorgegarciadev.gitlab.io/post/g ... es_sensor/
https://www.mdpi.com/1424-8220/9/9/7083
https://arxiv.org/html/0904.3070
https://www.sciencedirect.com/science/a ... 1810013696
https://www.hindawi.com/journals/js/2016/4281397/
Jinak pro to snimani carek by se mozna hodil ten snimac z opticke mysi, to by bylo odpovidajicne low cost. Jake je tam treba snimat rozliseni - DPI a jakou rychlosti? Ty snimace z mysi jsou v principu neco jako low-res kamera, co se pohybuje radove neco jako 32x32 - 64x64px ale zato relativne rychla, lepsi gamer myse asi budou zvladat mnoho ks/s.
Zde pro inspiraci nejake experimenty s mysosnimacema, ja sem si s tim zatim nehral, neni tolik casui na vsechny ty napady, ale mam nake nakuchane a k rade z nich (od serioznich vyrobcu jako treba avago) se daji najit i datasheety...
https://areciv.com/blog/2007/10/optical ... periments/
https://jorgegarciadev.gitlab.io/post/g ... es_sensor/
https://www.mdpi.com/1424-8220/9/9/7083
https://arxiv.org/html/0904.3070
https://www.sciencedirect.com/science/a ... 1810013696
https://www.hindawi.com/journals/js/2016/4281397/
RayeR:
- Spektrální čára polovodičového laseru má pochopitelně daleko k ideálu. Dá se s ní laborovat, jak jsem popisoval. Svazek vně laseru (dioda + čočka) prochází přímo (zešikma) příložním mikroskopickým sklíčkem a je zaostřený na odraznou hliníkovou plošku, ze které je vrácen zpět do laseru. Vrácena je poměrně velká část optického výkonu. Vzhledem k délce dráhy svazku je tento vnější rezonátor o dost řádů ostřejší, než interní rezonátor ve diodě, a má proto podstatný vliv na šířku spektrální čáry. Musí se naladit vhodně k energetickým hladinám v laseru. Jak jsem psal, je třeba proudem diodou nastavit takovou úroveň inverzní populace, aby oscilátor už kmital na rezonanční frekvenci a v jejím úzkém okolí, ale ještě ne v širším okolí. Samozřejmě je to tak, že u laseru v pevné fázi jsou jednotlivé energetické hladiny významně stochasticky ovlivněny okolními atomy. I při sebelepším uspořádání nelze dosáhnout vlastností blížících se plynovému laseru. Pokud jde ale o speciální interferometr, u kterého se předpokládá jen malý rozdíl mezi délkou drah dvou interferujících svazků, může laser v pevné fázi vyhovět. Pro vyhodnocování drobných odchylek pohybového mechanismu jsou i v krajních pozicích interferenční proužky dostatečně ostré. Pro samotný interferometr se v mé konstrukci odebírá pouze energie dielektricky odražená od přechodů mezi optickými prostředími vzduch - sklo na obou stranách tenkého mikroskopického sklíčka. Při vhodné orientaci polarizační roviny diody odražená energie stačí k interferenčnímu obrazci dobře viditelnému už zrakem a s geometrií stopy vhodnou k orientaci proužků. Ke dvěma odrazům vytvářejícím nově oddělené svazky dochází cestou od diody k odrazné ploše rezonátoru a k dalším dvěma odrazům cestou zpět. První dvojice odražených svazků je zaostřená do dvojice ohnisek nepatrně posunutých v prostoru tak, že do jednoho ohniska lze umístit snímanou a do druhého referenční odraznou plochu. Svazky nepatrně šikmo odražené na těchto ploškách procházejí znovu sklíčkem (ztráty dalšími odrazy nejsou významné) a interferují spolu na projekční ploše nebo ve snímací optické soustavě. Druhá dvojice svazků se po oddělení dielektrickým odrazem již vzdaluje od ohniska a interferuje obdobně. Pokud by první dvojice svazků nebyla odražena šikmo, její interferenční obrazec by se překrýval s referenčním interferenčním obrazcem druhé dvojice svazků. Ta šikmá odchylka odrazů má za následek mírné otáčení interferenčních proužků, jak je v horním řádku proužků vidět na fotografii. I to spolu s ostrostí spektrální čáry omezuje rozsah vyhodnocované odchylky, pokud se snímací soustava nastaví na nějaký pevný úhel. Od tak obyčejných součástek nelze požadovat zázraky. Výhodou sklíčka bez optických povlaků a slabě buzené laserové diody je kromě nízké ceny i předpoklad dobré životnosti.
- Děkuji za informace o senzorech myší. Ono je to pro pokusničení možná zajímavé, ale z již uvedených důvodů opravdu považuji za správné řešení s optickým rozdělením interferujících svazků reliéfní čočkou do integrovaných fotodiod. Bohužel to při jiných nedokončených záměrech nevypadá, že bych se sám dopracoval k těm či oněm pokusům s interferometrem. Byl bych rád, kdyby se toho ujal někdo jiný a dal vědět.
Ještě mě dodatečně napadlo podotknout, že je rozdíl, jestli se přefiltruje svazek vycházející z laseru a svazek uvnitř laseru. Pokud je nějaký efekt filtrace uvnitř a laser je někde na hranici kmitání, je ta filtrace kvalitativně účinnější. Asi jako když je rezonátor součástí oscilátoru nebo oscilátor generuje šum a ten se dodatečně filtruje stejným rezonátorem.
Ten externí rezonátor by určitě nemusel být tak dlouhý. Jeho délka je spolu s konstrukcí celého interferometru vynucena použitou čočkou, jak jsem psal.
A ještě dodatečně poznámka k délce vnějšího rezonátoru. Ono je zjevné, že u tak dlouhého rezonátoru jde o hřebenový filtr s velkým počtem maxim uvnitř šířky peaku energetických přechodů ve diodě. To by samo o sobě nebylo moc dobré. Je tady ale i krátký interní rezonátor, který má jiný, mnohem hrubší hřeben maxim. Podle mého levného pokusu je až překvapivě dobrá vhodně sladěná soustava těchto dvou rezonátorů.
- Spektrální čára polovodičového laseru má pochopitelně daleko k ideálu. Dá se s ní laborovat, jak jsem popisoval. Svazek vně laseru (dioda + čočka) prochází přímo (zešikma) příložním mikroskopickým sklíčkem a je zaostřený na odraznou hliníkovou plošku, ze které je vrácen zpět do laseru. Vrácena je poměrně velká část optického výkonu. Vzhledem k délce dráhy svazku je tento vnější rezonátor o dost řádů ostřejší, než interní rezonátor ve diodě, a má proto podstatný vliv na šířku spektrální čáry. Musí se naladit vhodně k energetickým hladinám v laseru. Jak jsem psal, je třeba proudem diodou nastavit takovou úroveň inverzní populace, aby oscilátor už kmital na rezonanční frekvenci a v jejím úzkém okolí, ale ještě ne v širším okolí. Samozřejmě je to tak, že u laseru v pevné fázi jsou jednotlivé energetické hladiny významně stochasticky ovlivněny okolními atomy. I při sebelepším uspořádání nelze dosáhnout vlastností blížících se plynovému laseru. Pokud jde ale o speciální interferometr, u kterého se předpokládá jen malý rozdíl mezi délkou drah dvou interferujících svazků, může laser v pevné fázi vyhovět. Pro vyhodnocování drobných odchylek pohybového mechanismu jsou i v krajních pozicích interferenční proužky dostatečně ostré. Pro samotný interferometr se v mé konstrukci odebírá pouze energie dielektricky odražená od přechodů mezi optickými prostředími vzduch - sklo na obou stranách tenkého mikroskopického sklíčka. Při vhodné orientaci polarizační roviny diody odražená energie stačí k interferenčnímu obrazci dobře viditelnému už zrakem a s geometrií stopy vhodnou k orientaci proužků. Ke dvěma odrazům vytvářejícím nově oddělené svazky dochází cestou od diody k odrazné ploše rezonátoru a k dalším dvěma odrazům cestou zpět. První dvojice odražených svazků je zaostřená do dvojice ohnisek nepatrně posunutých v prostoru tak, že do jednoho ohniska lze umístit snímanou a do druhého referenční odraznou plochu. Svazky nepatrně šikmo odražené na těchto ploškách procházejí znovu sklíčkem (ztráty dalšími odrazy nejsou významné) a interferují spolu na projekční ploše nebo ve snímací optické soustavě. Druhá dvojice svazků se po oddělení dielektrickým odrazem již vzdaluje od ohniska a interferuje obdobně. Pokud by první dvojice svazků nebyla odražena šikmo, její interferenční obrazec by se překrýval s referenčním interferenčním obrazcem druhé dvojice svazků. Ta šikmá odchylka odrazů má za následek mírné otáčení interferenčních proužků, jak je v horním řádku proužků vidět na fotografii. I to spolu s ostrostí spektrální čáry omezuje rozsah vyhodnocované odchylky, pokud se snímací soustava nastaví na nějaký pevný úhel. Od tak obyčejných součástek nelze požadovat zázraky. Výhodou sklíčka bez optických povlaků a slabě buzené laserové diody je kromě nízké ceny i předpoklad dobré životnosti.
- Děkuji za informace o senzorech myší. Ono je to pro pokusničení možná zajímavé, ale z již uvedených důvodů opravdu považuji za správné řešení s optickým rozdělením interferujících svazků reliéfní čočkou do integrovaných fotodiod. Bohužel to při jiných nedokončených záměrech nevypadá, že bych se sám dopracoval k těm či oněm pokusům s interferometrem. Byl bych rád, kdyby se toho ujal někdo jiný a dal vědět.
Ještě mě dodatečně napadlo podotknout, že je rozdíl, jestli se přefiltruje svazek vycházející z laseru a svazek uvnitř laseru. Pokud je nějaký efekt filtrace uvnitř a laser je někde na hranici kmitání, je ta filtrace kvalitativně účinnější. Asi jako když je rezonátor součástí oscilátoru nebo oscilátor generuje šum a ten se dodatečně filtruje stejným rezonátorem.
Ten externí rezonátor by určitě nemusel být tak dlouhý. Jeho délka je spolu s konstrukcí celého interferometru vynucena použitou čočkou, jak jsem psal.
A ještě dodatečně poznámka k délce vnějšího rezonátoru. Ono je zjevné, že u tak dlouhého rezonátoru jde o hřebenový filtr s velkým počtem maxim uvnitř šířky peaku energetických přechodů ve diodě. To by samo o sobě nebylo moc dobré. Je tady ale i krátký interní rezonátor, který má jiný, mnohem hrubší hřeben maxim. Podle mého levného pokusu je až překvapivě dobrá vhodně sladěná soustava těchto dvou rezonátorů.
Naposledy upravil(a) Lojza1 dne 12 zář 2023, 22:50, celkem upraveno 2 x.