Der Rayleigh Water Test              17. November 2004

In der Literatur ist er hinreichend bekannt. Das National Bureau of  Standards und das britische National Physical Laboratory
haben auf diese Weise früher ihre Referenzplanflächen getestet. Zu dem Test gibt es ferner einen Artikel des letzteren Labors
in British Science News 2, 130 (1948). In der Testapparatur dieses Labors diente eine 38 cm Plankonvexlinse aus Kriegs-Über-
beständen ("surplus") als Kollimator, an welchen (-> Malacara) an sich keine übermässig grossen Anforderungen gestellt werden.
Im Artikel von  Sky&Telescope kommen sogar Fresnellinsen zum Einsatz.

Nun ein paar Erfahrungen im Umgang mit dem Test:

01. Man muß unbedingt die Boden und Raumschwingungen abkoppeln,
also schraubte ich die Apparatur an die Wand.

02. Das Wasser muß erstens sauber und frei von Schwebeteilchen sein
und ganz zartfühlend mit Spülmittel entspannt sein, aber so, daß
keine Blasen entstehen. Also einen Tropfen davon anrühren in einem
eigenen Gefäß und dann ohne Blasen 2-3 cm^3 ins "Prüf"-Wasser gießen.

03. Der Glaskörper ist vollständig in Wasser eingetaucht.

04. Weil die Kohärenzlänge meiner Hochdruckdampflampe sehr kurz war,
war die Dicke der Wasserschicht über der Glasfläche bei ca. 1 - 1.5 mm

05. Die Justage der Glasfläche zur Wasserfläche ist diffizil, in
meinem Fall über eine 3-Punktauflage und 3 M6-Stellschrauben mit
1 mm Gewindesteigung. Es sind Bewegungen im Micron-Bereich und viel
Geduld nötig.

06. Im Brennpunkt der Kondensor-Linse hatte ich einen hellen
Lichtpunkt, den ich durch die Reflexion der Wasser- und Glas-
oberfläche zunächst doppelt sah. Durch die Justage des Wasser-
behälters blieb zwar das Wasser weiterhin genau in der "Waage"
aber die Glasfläche bewegte sich, und dadurch konnte man die
beiden Reflexbilder zur Deckung bringen und erhielt die bekann-
ten Interferenzstreifen. Eine falsche Bewegung, und das Ver-
gnügen begann erneut.

07. Eine Wasseroberfläche ist opt. das Genaueste, was man sich
wünschen kann und liegt in der Gegend von L/300 PV wave für
einen Durchmesser von 250 mm. Kann man aber ganz exakt rechnen.

Tyho Brahe hat mit der Wasseroberfläche seines Brunnens seine
Sternörter bestimmt: http://de.wikipedia.org/wiki/Tycho_Brahe

Die Prüfung von Planflächen gegen Flüssigkeits-Oberflächen wurde
schon oft beschrieben. Man kann Öl ebenso benutzen, wie Queck-
silber.

#############################################################################

Dear Franch and Uwe,

Normally the quality of the plan convex lense isnot important. The lens
I use is'nt polished correctly, but it doesn't matter. You just need a
parallel light beam for this test and back.

The last day, I repeated this water test with a 250 mm flat with a
hight surface accuracy but many, many scratches. It must have been
a reference flat from any interferometer. I noticed that the light
coherence lengh is very important. If you use monochromatic light,
the water film on top the uncoated flat glas surface must be very
thin. And then water is moving like oil, very slowly.
If you use a laser light with a glas bowl of 2 mm then the water film
can be some millimeter, but then the water flat surface is very turbulent. To get interference fringes I use a laser beam and bring the
reflexes from the two surfaces togehter and then it starts with
fringes. The third foto is the artificial star for aligning the water
surface with the glas surface - it's tricky.

############################################################################

Das Prüfen gegen eine Wasser-Oberfläche ist eine spannende Angelegenheit, besonders bei
einem Durchmesser von 250 mm. Die Prüfkammer hängt schon deswegen an der Wand, um
sie vor den Bodenschwingungen abzukoppeln - ganz läßt sich das aber nicht ausschalten.
Die unbeschichtete Glasfläche interferiert mit der Wasseroberfläche nur, wenn beide Flächen
nahezu parallel sind bei Abweichungen von ca. einem Micron. Zur Justage kann man die
Reflexbilder von beiden Flächen nehmen und sie zur Deckung bringen. Von der Kohärenz-
Länge der monochromatischen Lichtquelle wiederum hängt es ab ...Quote:

Die Kohärenzlänge ist der maximale Weglängenunterschied, den zwei Lichtstrahlen,
die derselben Quelle entstammen, haben dürfen, damit bei ihrer Überlagerung noch ein
Interferenzmuster entsteht. Die Kohärenzlänge kann entweder in einem Längenmaß
ausgedrückt werden, dann bezeichnet sie den Gangunterschied der beiden Teilstrahlen
oder als Zeit, dann ist die Laufzeitdifferenz der beiden Strahlen gemeint.
Lichtquellen mit einer großen bis sehr großen Kohärenzlänge (einige Millimeter bis viele
Kilometer) sind beispielsweise Laser. Weißes Licht wie Sonnenlicht hat generell eine sehr
kurze Kohärenzlänge von nur wenigen Mikrometern.

... wie dick der Wasserfilm über der Glasfläche sein darf. Beim Licht einer
Natrium-Dampflampe, deren Kohärenzlänge sehr kurz ist, klappt es nur mit einem max.
1 mm dicken Wasserfilm, und der wiederum benimmt sich wie Öl und man sieht das
Wasser die Kanten "herunterfallen" Hier reagiert das System träge und schnelle Wasser-
wellen/Schwingungen sind sind möglich. Bei der Kohärenzlänge eines Lasers mit mehreren
Metern hingegen darf zwar die Dicke des Wasserfilmes sehr viel stärker sein, dafür tauchen
aber alle Bewegungen/Schwingungen auf, die auf das Wasser aus der Umgebung einwirken,
also auch ein vorbeifahrendes Auto bei 30 m Entfernung. Möglicherweise ist Öl ein besseres
Medium als Wasser, was ich vermutlich ebenfalls ausprobieren werde. Da wird auch eine
größere Kohärenzlänge möglich sein.

250 mm Flat-Gesamtdurchmesser gegen eine Wasser-Oberfläche geprüft (mit Spüli entspannt)



Gegen eine Referenz-Fläche geprüft, macht die Planfläche einen sehr guten Eindruck, meine Referenzfläche hat
laut Rucks-Certifikat PV L/20 der Wellenfront, und dieses würde man im Streifenbild auch noch sehen. Geprüft mit
einer Natrium-Dampflampe.





Die 250 mm Planplatte muß als Referenz-Fläche aus einem Interferometer stammen.

###############################################################################

Hallo Thomas,

uns beiden jedenfalls gehört die Platte nicht. Die stammt aus dem Billig-Optik-Laden aus USA: http://www.surplushed.com/
und der glückliche Besitzer wollte wissen, wie gut das Teil ist.

Habe dafür eigens meinen certifizierten 165 mm Planspiegel abgelaugt und ausgiebige Wasser-Tests gemacht. Ich hätte ja
noch einen Planspiegel gleicher Größe hier, den ich auf diese Weise auch untersuchen könnte. Jedenfalls die Methode mit
einem Kugelspiegel scheiterte nahezu an der verkratzten Oberfläche des 250 Flat. Die beiden Planflächen haben zuein-
ander eine nur geringe Neigung, weshalb bei grünem Laser-Licht solche Interferogramme herauskommen: