Labor zur Optischen Messtechnik

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1 Labor zur Optischen Messtechnik OBV Blendowske/Englert Versuch: Mach-Zehnder-Interferometer (MZI) 1. Vorjustage (a) Dieser Schritt bereitet die Justage im nächsten Schritt vor. Höchste Präzession ist nicht erforderlich. (b) Bauen Sie den Strahlteiler 1 sowie die Lochblende und Linse 1 (Mikroskopobjektiv) aus. Hinter Spiegel 2 wird eine verstellbare Blende eingesetzt und ein kleiner Durchmesser (2-3 mm) der Blende eingestellt. Der Strahlteiler bleibt zunächst noch ausgebaut. Stellen Sie dann zunächst den Spiegel 3 senkrecht zum einfallenden Strahl, öffnen Sie die 2. Blende zunächst soweit, dass das Bündel passieren kann und beobachten Sie den Rückreflex des Spiegels auf der Blendenrückseite. Verstellen Sie nun den Spiegel 2 so, dass das Bündel die Öffnung auch auf dem Rückweg mittig trifft. Das ist nicht einfach zu beurteilen. Verkleinern Sie die Blendenöffnung schrittweise, um den Fortschritt zu kontrollieren. Der Rückreflex sollte auch am Laser selbst zu beobachten sein. Justieren Sie NICHT so gut, dass der Rückreflex exakt in den Laser zurück läuft! (c) Setzen Sie nun den Strahlteiler ein, und versetzen Sie die Blende weg von Spiegel 3 und vor den Spiegel 4. Wiederholen Sie die Prozedur der Zentrierung, indem Sie nun die Stellschrauben des Strahlteilers verwenden. (d) Bringen Sie nun alle Spiegel in die 45 Position und beobachten Sie, wie die Bündel das MZI verlassen. Linse 3 ist noch nicht eingesetzt! Im Idealfall liegen die Bündel am Strahlteiler 2 übereinander. Ist dies der Fall, dann nutzen Sie Strahlteiler 2, um die Strahlen parallel zu führen. 2. Strahlaufweitung. Entfernen Sie alle Blenden aus dem Aufbau. Der Laserstrahl wird mittels eines Kepler-Teleskops plus Raumfilter aufgeweitet. Linse 1 (f = 25 mm) fokussiert den Laserstrahl. In der Brenneben befindet sich das sogenannte Raumfilter; hier ist das ist ein Pinhole mit einem Durchmesser von 30µm. Suchen Sie mittels Änderung der Linsenposition (lateral wie axial) die Helligkeit des Beugungsmusters hinter dem Pinhole zu maximieren. Linse 2 (f = 300 mm) wird so zwischen Spiegel 1 und 2 eingesetzt, dass sie den Strahl kollimiert. Dies wird kontrolliert, indem der Bündeldurchmesser in einiger Entfernung beobachtet wird. Das Bündel soll möglichst wenig Divergenz oder Konvergenz zeigen. Kontrollieren Sie dies in den beiden Armen des MZIs. 3. Streifen suchen. (a) Setzen Sie nun Linse 3 mit möglichst großer Brennweite (beispielsweise 1 Dpt) ein und beobachten Sie die Positionen der beiden Bündel in der Brennebene. Verwenden Sie die Stellschrauben des Strahlteilers, um die beiden Punkte zum Überlapp zu bringen. (b) Betrachten Sie die Bündel in der Brennebene von Linse 3. Bringen Die die beiden Spots zum bestmöglichen Überlapp. Vor Linse 3 sollten nun Streifen nachweisbar sein. Durch feinfühliges Justieren der Stellschrauben am Strahlteiler sollten Sie den Streifenabstand vergrößern können. Kontrollieren Sie durch abwechselndes Abdecken des Strahls in den beiden Armen, dass die Interferenzstreifen verschwinden. Damit schließen Sie aus, dass Sie Interferenzen beobachten, die durch unerwünschte Reflexionen entstanden sind. 4. Kamera einbauen. Setzen Sie nun die Kamera (ohne Objektiv) an der Stelle von Linse 3 (genaue Positionierung nicht erforderlich) ein, so dass das Interferenzmuster am Monitor beobachtbar ist. 5. Vermessung eines Phasenobjektes (a) Kalibrierung. Da der Abbildungsmaßstab unbekannt ist, muss eine Kalibrierung vorgenommen werden. Verwenden Sie dazu ein Objekt bekannter Länge als Maßstab. Dieses Objekt wird auf den Sensor als Schattenwurf abgebildet. Das Kalibrierobjekt muss sich dabei am Ort der Linse befinden, die im nächsten Schritt vermessen wird. Die Vermessung des Kalibrierobjektes kann gleichzeitig in demselben Bild oder nacheinander mittels zwei getrennter Aufnahmen geschehen. (b) Linse Wenn Sie eine Linse in einen Arm des MZI einführen, dann erzeugen Sie ein Muster konzentrischer Ringe. Mittels der Kamera können Sie ein Bild des Ringsystems aufnehmen und abspeichern (siehe Kamera Anleitung). Bestimmen Sie im Bild die Anzahl der Ringe N (schwarz / rot) innerhalb eines festgelegten Durchmessers D. 1

2 Abbildung 1: Längenkalibrierung mit einem 7 mm langen Objekt. Anzahl der Ringe N = 15. Der dazugehörige Durchmesser D muss bestimmt werden. Wiederholen Sie die Messung einige Male und für unterschiedliche Linsen. Die Brennweite f 0 ergibt sich näherungsweise aus der Gleichung D2 = 8f 0 N λ (1) Hier ist D der Durchmesser des ausgezählten Ringsystems mit N schwarz-rot (bzw. hell-dunkel) Übergängen. Die Wellenlänge ist mit λ gekennzeichnet, und f 0 steht für die Brennweite. Schätzen Sie die Messunsicherheit Ihres Ergebnisses ab! 2

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4 Stand: OM-Labor Autor: M. Englert Kurzanleitung zur Bildaufnahme mit der MatrixVison Kamera mvbluefox3-2024g Starten Sie das Programm wxpropview (liegt auf dem Desktop) 2. In der Auswahlliste sollte die Kamera F ( ) zu finden sein. Steht in der Auswahlliste No Device, ziehen Sie bitte vorsichtig den Stecker der Kamera ab, und verbinden die Kamera erneut. 3. Klicken Sie auf Action >> Update Device List, um die Geräteliste zu aktualisieren. Sollte keine Verbindung mit der Kamera möglich sein, wenden Sie sich bitte an einen Betreuer. 4. Klicken Sie auf Use, um ein Livebild zu erzeugen. 1

5 Stand: OM-Labor Autor: M. Englert 5. Es öffnet sich ein Fenster Quick Setup, über das Sie diverse Einstellungen vornehmen können. Erzeugen Sie, auch durch Verschieben der Linse/Kamera, ein zur späteren Auswertung geeignetes Bild. Klicken Sie auf Ok. 6. Klicken Sie auf Acquire um das Bild aufzunehmen. 7. Unter Action >> Save Image können Sie das Bild abspeichern. 8. Beispielbild: Interferenzringen, erzeugt durch eine Linse mit D = 0,25dpt. Zu sehen sind auch die beiden horizontal liegenden Abstandsmarkierungen. 2