Тема: Как подают белый свет оптоволокном?

[diant]

Друзья, подскажите пожалуйста одну вещь. На ютубе есть такое видео:

Michelson Interferometer II: white light

Как говорит этот человек в первые же секунды этого видео, он подает белый свет в интерферометр Майкельсона через оптоволокно. Я с оптоволокном никогда в жизни не встречался, увы, но слышал, что его делают для ИК, а не для видимого диапазона. Вопрос - что за оптоволокно использует этот дядя для подачи белого света?
И вообще, как бы вы организовали достаточно яркий и ровный по спектру луч белого света для интерферометра Майкельсона?
Опыта нет, поэтому пишу такие глупости.

[Gall]

Оптоволокно существует для любых длин волн, включая видимый свет. Но волокно для ИК действительно дешевле и распространеннее - это связано с его применением в ВОЛС и компьютерных сетях (а выбор именно ИК связан с дешевизной соответствующих лазеров). Волокно для других длин волн выпускается в меньших количествах и потому значительно дороже.

Запустить свет в интерферометр Майкельсона можно разными способами. Я бы предпочел классический коллиматор, особенно для белого света. Хотя для интерферометров обычно слишком широкий спектр нежелателен, так как разные длины волн становится трудно разрешать. Если делается не Фурье-спектрометр, то скорее всего лучше подавать разные диапазоны длин волн поочередно, а не одновременно.

Ну и понятие "ровного спектра" надо уточнить. Речь идет о белом свете нагретого абсолютно черного тела?

[diant]

Ну не "абсолютно черного" конечно, но скажем свет галогенки вполне приемлем.
Да могу и полосами подавать - от светодиодов разного цвета.

Галл, я тоже раньше делал классический коллиматор для таких целей. Но тут увидел этого дядю и подумал - может он в чем-то выигрывает? Если нет, останусь на прежней схеме - галогенка или цветные светодиоды, свет которых фокусирую на диафрагме размером в доли мм и затем уже ставлю объектив-коллиматор. Верно?

[Gall]

Верно. Оптоволокном выигрываются только габариты, и то не всегда. Волокно удобно тогда, когда, например, надо подать свет ОЧЕНЬ яркой лампы (большой, горячей, чуть ли не с водяным охлаждением) в какой-нибудь компактный и точный прибор. Тогда лампу ставим в сторонке, на безопасном расстоянии, и тянем от нее волокно. Кстати, подобные лампы-ящики с волоконным пучком на выходе довольно распространены в лабораторной практике. То же самое - при лазерной накачке лазеров; свет лазера удобнее передать по волокну, чем городить какую-то оптику вокруг и без того микроскопического главного кристалла.

Свет галогеновой лампы достаточно близок к белому, НО! он не истинно ровное излучение, как у АЧТ. В нем присутствуют узкие спектральные линии излучения и поглощения от химических процессов в колбе. Спектр обычной лампы накаливания гораздо ровнее - хоть температура и ниже, но существенных искажений там нету. Если надо точно, то существуют специальные спектральные перекальные лампы - у них очень белый свет в обмен на небольшой срок службы (там не галоген, а вакуум в колбе, и нить быстро сгорает). Для ИК лучше глобар.

У светодиодов спектр отвратительный и, главное, непостоянный. Перед использованием его надо отдельно измерить. Если нужен монохроматический свет, то лучше использовать лазер, а если нет подходящего лазера - тогда какую-нибудь спектральную линию (например, ртути), выделенную монохроматором. ВАЖНО: спектр светодиода зависит от приложенного напряжения (и от температуры). Зависимость от напряжения может быть такой сильной, что светодиод меняет цвет даже для невооруженного глаза. Изменение с зеленого на оранжевый - не редкость.

Для критичных задач диафрагма - она тогда называется "пространственный фильтр" - может иметь диаметр 10-20 мкм. Для фокусировки используется объектив от микроскопа.

[diant]

Я так и думал, что оптоволокно по сути помогает удалить горячую и громоздкую лампу в сторону.
Полезная вещь, я этой проблемой тоже сталкивался.

Про полосы у галогена - не знал, спасибо.

Про светодиоды и их свет - да знаю эти их особенности. Но чистый монохроматический луч мне не нужен. П/п лазеры буду использовать только для калибровки и юстировки схемы.

Диафрагму 10-20 мкм я во-первых и сделать сам не смогу. А во-вторых - слишком тусклый получится луч на выходе коллиматора. Пока вроде такая маленькая диафрагма не нужна, а там посмотрим. В крайнем случае они на ebay вроде продаются.

[Gall]

Диафрагму 10-20 мкм я во-первых и сделать сам не смогу. А во-вторых - слишком тусклый получится луч на выходе коллиматора. Пока вроде такая маленькая диафрагма не нужна, а там посмотрим. В крайнем случае они на ebay вроде продаются.

Через такую диафрагму проходит только пространственно-когерентный свет, например лазерный. Зато проходит полностью и без потерь. Отсеивается только действительно паразитное излучение. Если потребуется делать, лучше фотоспособом и травлением, в крайнем случае можно иголкой (проколоть стопку фольги не насквозь, а потом под микроскопом отобрать удачные экземпляры).

Основное применение таких диафрагм - отсеять не-TEM₀₀ и дифракцию на пылинках, получить чистый TEM₀₀-луч. Одновременно отсекаются и лишние длины волн, которые из-за хроматических аберраций объектива просто не попадают в отверстие.

[diant]

Gall, спасибо, про TEM₀₀ понял. Буду иметь в виду. Но еще раз повторю - в работе лазеры у меня пока используются практически только для юстировки схем.

Кстати по поводу этих лазеров вопрос. Когда юстирую схему и использую маломощные лазеры (типа 5-30 мВт красные, зеленые или фиолетовые), правильно ли я понимаю, что для обычных серебряных или диэлектрических зеркал непрерывное воздействие этих лазеров совершенно безопасно (то есть не происходит разрушения серебряного или диэлектрического слоя зеркала), сколько бы я не светил на такое зеркало непрерывно в одну точку? Другими словами дырки на покрытии зеркала ими не выжечь?

[Gall]

Не выжечь. А вот для глаз - многовато. Юстировку желательно делать лазерами 1 мВт, ну максимум 5 мВт. Либо будет очень неудобно - в очках не видно, без очков опасно.

[diant]

Мне пока удается вписываться в 5 мВт, так что работаю без очков (я итак слепой, а тут еще что-то светоотсекающее на нос вешать...). Но вот с фиолетовым п-п лазером может придется и выйти за этот предел. Китайцы 5 мВт 405 нм модули чего-то не очень делают. У них в репертуаре 10-20 мВт.

С одной стороны хорошо - фиолет глазом плохо видно. С другой стороны плохо - не успеешь понять, что уже в глаз себе залепил. Но надеюсь 10 мВт фиолета еще не смертельно, если сразу глаз закрыть?

[Gall]

По стандартам безопасности для видимых лазеров считается:
от 0 до 50 мкВт - неспособно причинить какой-либо вред
от 50 мкВт до 1 мВт - безопасно за счет рефлекторного закрывания глаза
от 1 до 5 мВт - условно-безопасно; вообще-то можно не успеть закрыть глаза, но если работать очень осторожно, то риск невелик
от 5 мВт до 500 мВт - опасно
свыше 500 мВт - опасно даже рассеянным лучом и пожароопасно

Синий и фиолетовый свет значительно вреднее красного при случайном попадании в глаза. Зеленый тоже.

Если в китайском лазере есть доступ к электронике, то можно снизить мощность с 10 даже до 1 мВт. Либо можно прямо на лазер приделать поглощающий фильтр. В принципе мощность 10 мВт - небольшая, поэтому для защиты достаточно дешевых очков невысокого качества. Мощности лазера не хватит, чтобы повредить очки.

Для 405 нм удобно использовать флюоресцентные экраны. Например, просто лист бумаги, намазанный маркером "кислотного" цвета. Свечение видно очень ярко и четко, в том числе через поглощающие лазер очки. Ловить лазер на такую бумажку очень удобно. Обычная белая офисная бумага тоже светится (синим), но не так четко.

[diant]

Gall, списибо! Думаю лучшим путем будет просто покрутить резистор на драйвере фиолетового лазера и понизить его мощность. Измерителя у меня нет, но попробую это сделать относительно. Зафиксирую его луч на обычной офисной бумаге (флуоресцирующей) и попробую убавить мощность до разумного предела, ориентируясь по яркости пятна.

[Gall]

Не за что!

Измерить относительную мощность можно очень точно, если есть любой фотодиод или даже обычный фотоэкспонометр. Если луч слегка рассеять, освещенность будет убывать пропорционально квадрату расстояния. Принцип: изменить расстояние, чтобы показания прибора остались прежними. Тогда по отношению расстояний можно вычислить отношение мощностей.

Сравнивать таким методом лазеры разных цветов друг с другом нельзя.

В роли измерителя освещенности может сработать и хороший фотоаппарат на ручном режиме. Ориентироваться по индикатору экспозиции.

[diant]

О да! Действительно. Уж фотометров под рукой у меня достаточно.
Я имел в виду, что не имею абсолютного измерителя мощности. Но он и не нужен (сразу не сообразил), если известна установленная на заводе точность. А китайцы пишут, что их лазерные модули откалиброваны по мощности... Надо верить.

[Gall]

Ну если у фотометра еще и спектральный отклик известен, тогда вообще дело в шляпе. Тогда хоть по прямому солнечному свету калиброваться можно - его характеристики более-менее известны. Точность-то нужна просто оценочная, чтобы вдвое не ляпнуть.