Конструкция. Артефактный трёхлучевой интерферометр "на коленке"

Глава 1. Основание, "оптическая ось"

Давным-давно, лет пятьдесят тому назад, некий счастливый строитель коммунизма в отдельно взятой получил от социалистической Родины право на проживание в новенькой панельной пятиэтажке и приступил к обустройству гнездышка своей ячейки.

Необходимым условием являлось натяжение верёвок в ванной комнате для сушки после стирки. Не отвлекаясь особо от строительства, строитель отрезал от листа нержавейки две полосы, насверлил в них дырок (отверстий, да) и согнул уголки.

Шло время, и кто-то в порыве чего-то выбросил по результатам эти замечательные уголки на помойку. Проходя мимо по своим делам, мимо такого сокровища я пройти не смог, но хватило меня только на один. Второй уголок так и сгинул где-то на КПО «Тимохово».

И вот, то, что вы видите на верхнем фото, это Г-образный профиль из нержавеющей стали толщиной 3 мм, длиной 745 мм и шириной стороны 40 мм. Теперь он исполняет благородную миссию оптической оси.

Китайская промышленность предлагает для этого нечто вроде следующего за 1790 рублей (на OZONe).

Но мне больше нравится родное советское, по каждому параметру из цена и качество.

Почему сейчас я начал с этого? Если кто читал наши предыдущие экзерсисы, там был деревянный ящик, на который просто, один за другим, устанавливались все эти зеркала и линзы. И простота была оправдана, результат был таки получен (повторение Галаева) и даже больше (вязкость эфира на плоскости и температурные эффекты).

Плохо было то, что деревянная конструкция весьма подвержена воздействию влажности, и после некоторого перерыва схема просто рассыпалась, а юстировка получалась весьма затратной.

Поэтому — металл, поэтому сначала — основа всей конструкции, а потом уже будем ставить оптические элементы.

Глава 2. Плоскость

Конечно, для нашего прибора не достаточно, ни оптической оси, ни даже скамейки. Нужна плоскость.

Да, теоретически рассуждая, можно и в 3D. Но в одной плоскости будет легче.

Для получения плоскости на основе оси-скамейки использованы мебельные уголки. Я их купил, пачку:

Напоминает детский "конструктор": винтики, гаечки, детальки с дырочками. Получилось вот что:

Такая же конструкция расположена на другом конце профиля-основы.

(вид сверху)

Частично уголки порезаны пополам. А стерженьки, прихваченные сверху жестяными хомутами, добыты из старой оргтехники, типа копир/принтер/сканер. Там они служили основой для валиков с краской, а здесь послужат направляющими для размещения панелек для оптических элементов.

Глава 3. Калибровка пузырькового уровня

Здесь нам важна не горизонтальность стержня, но разница в положении пузырьков, которая по большей части определяется аккуратностью наклейки на жестяную держалку. Аккуратность здесь довольно высока.

Если пузырьки, насаженные на разные стержни, отклонятся в разные стороны в пределах между рисками, это будет означать разницу в высоте плоскости (относительно стержня) порядка миллиметра, что на практике разглядеть будет практически невозможно, потому что в радиусе нескольких миллиметров яркость пятна от пучка света на препятствии (мишени, экране, оптическом элементе) такова, что трудно даже зафиксировать положение его геометрического центра.

Вот здесь как раз можно и подложить пластинку с миллиметр толщиной под закреплённый конец стержня, чтобы выставить его в горизонталь.

*

Процесс выглядел примерно так:

И на представленном ниже фото-отчёте мой перфекционизм в славном деле принуждения двух стержней к одной плоскости закончился. Ибо всякая ловля блох должна иметь предел, а тут еще и не очевидна необходимость, ибо направление в общем по стержню, но микроны нам тут не светят, а почему - вы узнаете в следующей главе.

С одной стороны:

И с другой стороны:

Глава 4. Юстировочный узел.

Я не знал, как будет устроено то, что надо было сделать на следующем шаге, ни как вообще это называется.

Поэтому я спросил ИИ, пусть отрабатывает свою плашку:

«Как называется устройство для настройки оптических элементов в приборе?»

Устройство для точной настройки и позиционирования оптических элементов в приборах называется оптическим механическим подвижником (или юстировочной подвижкой). В профессиональной среде и лабораторной практике также повсеместно используются термины оптомеханический держатель (позиционер) и юстировочный узел.

Вполне себе ответ. Но ИИ нынче делают говорливыми, и на этом он не остановился.

Основные типы и классификация

Процесс настройки оптики называется юстировкой. В зависимости от выполняемой задачи приспособления делятся на следующие категории:

Кинематические держатели (Kinematic Mounts) — регулируют наклон элемента по двум или трем угловым координатам с помощью винтов.Карданные держатели (Gimbal Mounts) — вращают оптический элемент вокруг фиксированной центральной точки без смещения по осям.Линейные трансляторы (Translation Stages) — обеспечивают строго линейное перемещение элемента вдоль одной, двух (XY) или трех (XYZ) осей.Поворотные столы (Rotation Stages) — отвечают за точное вращение компонента вокруг оптической оси на 360 градусов или фиксированный угол.Многоосевые позиционеры — комбинированные системы, управляющие положением элемента сразу по 5–6 степеням свободы.Элементы точной регулировки

Для непосредственного перемещения оптики в этих устройствах применяются:

Микрометрические винты — обеспечивают ручную регулировку с точностью до единиц микрометров.Пьезоэлектрические актуаторы — используются в автоматизированных системах для наноразмерной точности.Шаговые моторы — применяются для дистанционного и компьютерного управления позиционированием.Если вы проектируете оптическую схему или подбираете компоненты, рекомендуем изучить каталоги ведущих производителей оптомеханики, таких как Thorlabs или Newport, чтобы выбрать узел под конкретный диаметр линзы или зеркала.

Из всего сказанного, кроме подсказки названия главы, полезным выглядит совет пробежаться по каталогам. На ОЗОНе предложение китайского прома выглядит так:

И это, конечно, красиво.

Но! Во-первых, не дёшево. А нам надо таких шесть штук. А гранта у нас нет, чтобы отчитываться о целевом использовании.

Во-вторых, и это главное, такая штука никак не вписывается во всё то, что мы успели уже сделать из мебельных уголков и принтерных валиков.

Поэтому возвращаемся в парадигму «слепили из того, что было». А были у нас половинки мебельных уголков и четыре шайбы (две пришлось еще докупить, чтобы стало шесть).

Идея должна быть понятна из фотки:

Диаметр центральных отверстий 10 мм, делаем кольцо из полоски жести и развальцовываем. Получаем поворотное по азимуту устройство. Крепим хомутом на стержне, получаем регулировку по углу места и смещение вдоль стержня. Три степени свободы!

Осталось взять и сделать…

Как-то так (вид сверху).

По ребру шайбы делаем несколько гуртовых засечек — азимут, в «жопке» хомута отверстие — угол места.

В целом, закончен аж этап строительства, подготовлены посадочные места под оправки оптических элементов. С одной стороны прибор выглядит так:

С другой — так:

Можно и так сказать, что юстировочным устройством является вся наша конструкция в целом, как она сейчас есть.

Глава 5. От печки

От чего танцевать — вопрос концептуальный, от него зависит интерпретация, цена и качество результата. Начиная экзерсисы на основе деревянного ящика на ножке от офисного кресла на колёсиках, я таким вопросом не задавался, по молчанию полагая, что танцуем от лазерного модуля. А это не так. Источник светового пучка очень важен для нас, но это только один из оптических элементов.

И печку мы уже сделали. Теперь пора заняться излучателем.

Конечно же, это старый добрый всем известный красный китайский лазерный диодный модуль.

Из имеющейся кучки был выбран с самым длинным корпусом по той причине, что на него ровнее ляжет длинная оправка, на которую в свою очередь ровнее приклеится пузырёк уровня. (В предположении, что китайские производители сделали выход более-менее соосным корпусу).

Не известно, 650 нан или 635. По картинкам аналогов судя, скорее 650, но это для нас не существенно. Как и все остальные характеристики, кроме собственно пучка.

Световой пучок, испускаемый данным модулем — это рабочее тело нашего устройства.

И в следующей главе мы познакомимся с ним поближе. Опять же, не так, чтобы это было важно для нашей конечной цели, но всегда приятно, когда имеешь какое-то представление о том, с чем имеешь дело.

А пока нарисуем схему питания. Так-то оно работает от двух пальчиковых батареек, но мы используем зарядку на 5 Вольт, которые в товарных количествах имеются у всех и каждого, если только вы не избавляетесь от них регулярно и целенаправленно посредством выбрасывания в мусор.

Концевой разъём как иллюстрация к слову «импровизированный», типа «папа».

Здесь на конце деревянной подложки нашего устройства видно «маму» для зарядки, импровизированную соответственно. Плюс идёт к выключателю от давно исчезнувшей бытовой приблуды, далее длинным красным проводом к реостату номиналом 24 Ома, и через последний — на корпус устройства.

Минус через большой белый прямоугольный дивайс в центре кадра (это резистор 4,7 Ом) синим проводочком пошёл на синий вывод диода.

Красный вывод диода посажен на корпус, и это единственное, что в нашей безхитростной электрике требует пояснения. Дело в том, что имеется наличие четырёх (!) фиолетовых китайских указок, и у них конструктивно питание на диод подается плюсом через корпус. И, поскольку в дальнем прицеле у нас проба фиолетового, мы позаботились об этом.

Теперь собственно схема, и всё, фото-сессия рабочего тела — в следующей главе.

Глава 6. Огонёк для нашей печурки

В латунной гильзе диаметром около восьми миллиметров находятся какая-то стабилизирующая цепь питания, собственно диод (лазерный) и какая-то линза.

ВАЖНО! Не заглядывайте внутрь лазерного модуля. Даже выключенного. Сам не пробовал, и вам не советую. Отлична от нуля вероятность, что останетесь без глазика.

С одного конца гильзы выведены провода питания, с другого накручен латунный колпачок, гайка, такая же круглая и того же диаметра. На плоской стороне колпачка просверлено отверстие диаметром примерно три миллиметра и нарезана пара шлицов.

Внутри отверстие обработано на «отвали», то есть никак. Здесь это — хороший пример здорового отсутствия перфекционизма.

Рассмотреть, что именно выходит через отверстие в колпачке (на экране, поставленном на пути пучка), трудно и невооруженным глазом, а камера телефона и вовсе выдает просто большое засвеченное пятно, не помогает ни игра с освещением, ни фильтры, как-то так, расстояние примерно 150 — 170 см, клеточки из тетрадного лист, пять мм, при том, что простым глазом отчетливо в ореоле видна яркая, слегка овальная точка с осями не более 1 — 1,5 мм:

Далее, на 2-х и более метрах, уже видна интерференция вокруг центрального пятна (прямое отражение на экране):

На глаз же на расстояниях от 0 до 100 см отчетливо выделяется область почти прямоугольной формы (примерно 3/1) со скругленными углами и слегка выпуклыми сторонами. Вот ряд фоток, снятых с обратной стороны экрана (на просвет), картонки толщиной более половины миллиметра (кружочки нарисованы 5 и 4 мм), расстояния 0 см (две первые, на первой видны усики засветки через шлицы), 10 см, 50 см и 100 см:

Усики шлицов, как и вообще засветка от отражения в канале колпачка, исчезают на первом же сантиметре удаления от среза модуля излучателя.

Здесь не видно, что сокращается длина яркого «прямоугольника», вместо этого обработка камеры телефона показывает явное уменьшение эксцентриситета пятна засветки.

Удаление 10 см (обратная сторона картонного экрана):

100 см:

Для того, чтобы хоть как-то разобраться в структуре фронта излучения, составим небольшую оптическую схемку, как-то так:

На пути пучка от источника S ставим (двояко-)выпуклую линзу L. Подбираем её положение так, чтобы на экране Э2 получить изображение источника (два изображения, поскольку пучок отражается от обоих поверхностей линзы). Затем перемещением экрана Э1 добиваемся максимальной фокусировки пучка в точку.

Таким образом нам, наконец-то, удается зафиксировать тот самый «прямоугольник». Внутри него можно разглядеть признаки интерференции.

Фокусировка на экране Э1 не вызывает проблем, и даже фиксируется матрицей телефона. Обратите внимание, экран поставлен под очень острым углом к пучку, но пятно только еле-еле растянуто по горизонту. Центральная засветка на фото много больше того, что видит глаз.

И теперь послушаем ИИ, как это («прямоугольник») получилось:

Излучение лазерного диода без коллиматора распределено в пространстве крайне асимметрично и представляет собой сильно расходящийся эллиптический пучок. Вместо привычной тонкой линии или точки на выходе из кристалла формируется широкое световое пятно в форме овала. [1]

Такой профиль излучения обусловлен физической конструкцией излучающей площадки полупроводникового кристалла (аппретуры).

Быстрая ось (Fast Axis): Перпендикулярна плоскости p-n перехода кристалла. Так как толщина активного слоя крайне мала (доли микрометра), дифракция света в этом направлении проявляется сильнее всего. Луч стремительно расширяется, а угол его расходимости на полувысоте интенсивности обычно составляет от 30° до 60°. [1]

Медленная ось (Slow Axis): Параллельна плоскости p-n перехода. Ширина излучающей площадки в этом направлении значительно больше (от нескольких микрометров до сотен микрометров у мощных диодов). Дифракция здесь выражена слабее, поэтому угол расходимости заметно меньше и составляет порядка 5° — 12°.

Форма пятна в сечении: Вблизи выходного зеркала диода светящаяся полоса вытянута вдоль медленной оси. Однако из-за огромной разницы в углах расходимости уже на небольшом расстоянии от диода быстрая ось «перегоняет» медленную. Сечение пучка превращается в вытянутый эллипс, развернутый на 90° относительно исходной геометрии кристалла.

Тип распределения интенсивности: По быстрой оси профиль интенсивности света чаще всего идеально гладкий и близок к Гауссову распределению. По медленной оси профиль сильно зависит от типа диода: у одномодовых лазеров он тоже близок к Гауссу, а у мощных многомодовых — имеет сложную П-образную или изрезанную многопиковую форму.

Астигматизм излучения: Мнимые точки, из которых выходят лучи для быстрой и медленной осей (оптические фокусы), пространственно не совпадают. Они смещены друг относительно друга вдоль оптической оси на расстояние от нескольких микрометров до десятков микрометров.

Замечание об астигматизме объясняет, почему фокусировка пучка собственным коллиматором не дает точки, как это получалось у каждого, кто пробовал подпалить что-нибудь линзой от Солнца, но только заметной толщины пятно на расстоянии где-то от метра до двух, после чего пучок начинает расходиться.

Линза, которую используют китайские производители в дешевых модулях, хорошо ужимает медленную ось, а то, что не ужалось по быстрой оси, тупо обрезается (диафрагмируетется) выходным отверстием колпачка. В результате и получается этот наш скруглённый прямоугольник.

Для наших целей важно, что на всех оптических путях в пределах нашего устройства пучки будут только сходиться, таким образом, любая диафрагма без потери мощности может быть выполнена диаметром до трёх миллиметров, т. е. размером выходного отверстия модуля. А диафрагмы надо ставить после каждого оптического элемента, поскольку всякое лишнее рассеяние повышает утомляемость и снижает работоспособность наблюдателя.

Другая проблема — поляризованность излучения лазерного диода. Но это уже следующая глава.

Здесь же мы закончим текущую фотосессию демонстрацией картинок на расстояниях четыре и восемь метров (клеточки тетрадного листа):

Глава 7. Поляризация

Так говорит ИИ (немножко теории не помешает):

Излучение лазерного диода всегда обладает высокой степенью линейной поляризации (обычно соотношение интенсивностей между двумя осями составляет от 100:1 до 1000:1 и более).

Почему так происходит: Внутри лазерного диода свет многократно проходит через кристалл между зеркалами резонатора, вызывая вынужденное (стимулированное) излучение. Полупроводниковый кристалл имеет строго определенную геометрию (он плоский). Коэффициент усиления света и условия отражения от зеркал для волн, колеблющихся параллельно плоскости p-n перехода, и волн, колеблющихся перпендикулярно ей, сильно различаются. В итоге выживает и лазерит только одна мода.Направление поляризации: В большинстве стандартных лазерных диодов вектор электрического поля E колеблется параллельно плоскости p-n перехода (так называемая TE-мода).

При прохождении плоскополяризованного излучения лазерного диода через тонкую стеклянную пластину интенсивность отраженного и прошедшего света зависит от угла падения критическим образом.

Главный фактор здесь — ориентация вектора поляризации лазера относительно плоскости падения луча. В зависимости от того, как развернут диод, характер изменения интенсивности будет подчиняться законам для p-поляризации (свет поляризован в плоскости падения) или s-поляризации (свет поляризован перпендикулярно плоскости падения).

Ниже подробно описано, что происходит с пучком на первой (внешней) и второй (внутренней) границах стекла, а также как ведет себя прошедший луч.

Плоскость падения — это воображаемая плоскость, в которой лежат падающий луч и нормаль (перпендикуляр) к стеклу.

Сценарий А: Лазер повернут так, что его поляризация является p-поляризацией

(Вектор напряженности электрического поля E лежит в плоскости падения).

При угле падения 0 (нормальное падение): От внешней границы отражается около 4% энергии (для обычного стекла с коэффициентом преломления 1.5. Столько же отражается от внутренней границы. Напрямую проходит около 92% (без учета переотражений).При росте угла от 0 до угла Брюстера (56–57): Интенсивность отраженного света от обеих границ падает до нуля.На угле Брюстера: Отражение полностью исчезает! Вся энергия лазерного пучка (100%) проходит внутрь стекла, а затем на второй границе также полностью выходит наружу.При углах больше угла Брюстера (от 57 до 90): Отражение от обеих поверхностей начинает лавинообразно расти. При угле 90 (скользящий луч) отражение достигает 100%, а прошедший пучок исчезает.Сценарий Б: Лазер повернут так, что его поляризация является s-поляризацией

(Вектор E перпендикулярен плоскости падения).

При угле падения 0: Ситуация аналогична — по ~4% отражения от каждой границы, около 92% идет насквозь.При росте угла от 0 до 90: Никакого спада не происходит. Интенсивность отраженного пучка как от внешней, так и от внутренней границы монотонно и плавно растет во всем диапазоне углов. Соответственно, интенсивность прошедшего пучка плавно падает. При углах, близких к 90, стекло превращается в идеальное зеркало, и прошедший пучок угасает до нуля.

Для нас важно, как ориентировать «прямоугольничек» лазера. В «деревянных» опытах он был у нас горизонтален, там пучок делился у нас зеркалами по сечению фронта, а стеклянный, толстый, делитель, он же сумматор, был один.

(И всё получилось, между прочим!) Сейчас же мы хотели, чтобы мощность пучка между тремя лучами делилась тонким стеклом, а потом еще и складывалась на таком же.

Поскольку в условии задачи указано, что пластина тонкая, а лазерный диод обладает высокой когерентностью (его волны «синхронны» друг другу), возникает эффект интерференции в тонких пленках.

Пучок, отраженный от внешней границы, и пучок, отраженный от внутренней границы, будут накладываться друг на друга в пространстве. В зависимости от точной толщины пластины, длины волны лазера и угла падения, они будут либо усиливать, либо гасить друг друга:

Сдвиг фазы: При отражении от внешней границы (из воздуха в стекло) волна меняет фазу на противоположную. При отражении от внутренней границы (из стекла в воздух) фаза не меняется.Эффект «полос»: При плавном изменении угла падения лазерного луча вы заметите, что общая интенсивность отраженного света не просто растет или падает, а осциллирует (колеблется), проходя через частые максимумы и минимумы. Пластина начинает работать как интерферометр Фабри-Перо.В общем, надо пробовать.

Особенность внутренней границы заключается в том, что свет пытается выйти из более плотной среды (стекло) в менее плотную (воздух).

Согласно закону Снеллиуса, угол преломления внутри стекла всегда меньше, чем угол падения снаружи.Поэтому, как бы сильно вы ни наклоняли пластину снаружи (даже под углом падения 89, угол падения луча на внутреннюю границу никогда не превысит критический угол (для стекла это около 41.8).Это значит, что полного внутреннего отражения внутри пластины не произойдет, пока свет заходит в нее снаружи. Внутренняя граница по доле отраженной энергии всегда будет вести себя зеркально по отношению к внешней границе (с поправкой на интерференцию).*

Почему это важно для нас? Для контрастной картинки надо, чтобы мощности совмещённых пучков были более-менее равны. И картинка нужна такая, чтобы регистрировалась веб-камерой.

Итак. Надо сделать из красного LED индикатор мощности пучка, и посмотреть, что получается с прохождением и отражением от тонкого стекла. Это и будет следующая глава.

Глава 8. Датчик LED

Схема индикатора проста настолько, насколько может быть проста схема индикатора. Светодиод плюс вольтметр, всё.

На фото светодиод — справа, в жестяной оправке между двумя розовыми пятнышками, от него проводочки идут к вольтметру (китайскому же), тот показывает 5,4 милливольта, возбуждённых в светодиоде пучком от диода лазерного (розовое пятнышко слава).

Самое сложное в индикаторе — это коленно-суставное позиционирование, гаечки-винтики-дырочки, всё как мы любим.

Любопытно, хотя и ожидаемо: максимальная ЭДС получается при неколлинеарном расположении оси корпуса светодиода и пучка. Для соосности этой пары, наверное, следует использовать фотодиод, но это точно будет уже перфекционизм, и мы прибегнем к нему, если не получим результата с тем, что уже имеем.

Имеем же мы необходимость малых перемещений светодиода для получения максимального выхлопа, чтобы получить сопоставимые данные (по максимальному выхлопу). Можно было бы использовать осциллограф на медленной развёртке, у него и чувствительность поболее, но и это — перфекционизм.

Данных нам надо получить таких: соотношение мощности проходящего и отраженного излучения при угле падения пучка на тонкое стекло в сорок пять градусов для двух случаев: шлицы на головке лазерного модуля горизонтальны и вертикальны.

Всего четыре числа, считанные с вольтметра. И для этого всё готово, стекло вы видите в левой нижней части фотографии в белой картонной оправке стоит на П-образной подставке.

Стеклышко — от защитного экрана какого-то древнего гаджета, и темновато. Гаджет — в Лете, а осколок стекла даже обзавёлся рамочкой и дважды повторно используется. Так-то в китайском проме уже закуплены две пачки хороших стёклышек. Но это уже готово.

Видите на ватке стёклышко? А оно там есть. В общем, следующая глава — презентация результатов опыта.

Глава 9. Надо подумать

Прошу прощения, братья и сёстры, но получилось как-то одинаково мало, и при горизонтальном положении перехода в лазерном диоде, и при вертикальном. И хотя показания вольтметра отличаются в четыре раза, но это в последнем знаке, возле нуля, где доверять товарищу китайскому тестеру просто нельзя.

Плюс старое стеклышко надо выбросить, неизвестно, что там у него с собственными поляризационными свойствами.

Еще я в предыдущей главе забыл сказать, что показания индикатора вблизи излучателя в три раза меньше, чем на длине устройства (70 см). Это, во-первых, подтверждает наши наблюдения о фокусировке пучка собственным коллиматором, и, во-вторых, рекомендует перенести стёклышко и индикатор на другой конец стола.

Дело в том, что сейчас мы не только решаем, как нам ориентировать лазер вокруг его оси, но и какую оптическую схему прибора нам вообще строить. Это оправдывает желание лишний раз подумать.

Так что, А: берём припасённое предметное стекло, заодно учимся делать для него оправку; Б: ставим опыт в удалении от излучателя; В: измеряем потенциал LED не тестером, но осциллографом. Таков план.

А вот, что поимели прямо сейчас:

0,2 максимально полученного потенциала от отраженного пучка при горизонтальном p-n переходе лазерного диода

И 0,9 милливольта при вертикальном. Или наоборот? Что-то я запутался в этих ихних геометриях. Но это не важно. Натурный эксперимент порешает всё.

Глава 10. НИОКР

В осевом отверстии круглой деревянной болванки вставлен сердечник из свёрнутой жести. Кладем на торец железную шайбу и развальцовываем сердечник. Так получили макет нашего юстировочного устройства.

Внешний диаметр шайбы несколько больше, а внутренний меньше. Это — ничего, если помнить.

Из картонки вырезаем кольцо, и наклеиваем (хорошим клеем) на шайбу. На это кольцо можно уже наклеивать канцелярским карандашом любую форму оправки, какую только придумаем, при условии, что она будет сделана из бумаги.

Почему нет? Влажность, — говорите? Ладно, покроем лаком. Может быть.

(не реклама. вообще отдали не нужное)

Теперь на картонку наклеим лист в клеточку, чтобы резать уже не просто так, но по размеру.

Обработанный этим «стеклопакет» ощущается… обработанным.

Но цапон лучше (как говорит ИИ). Но здесь просто пшикнуть. Но есть и аэрозоль.

Но мы отвлеклись на не важные технологические бантики.

*

NB: собственно, что-то по этому графику мы и получили (в прошлой главе)…

То есть, если мы будем так терять при каждом отражении, что доберётся до экрана? А не придётся ли нам отказаться от стеклянных делителей и работать с зеркалами…

Не хочется на зеркалах. Это уже проходили. Но, очень может быть, что придётся повторить всё, как было. Результат сейчас важнее новых хотелок. … Ладно. Это всего лишь замена оправок.

*

По-настоящему «на коленке» макет выглядит так:

Четыре стёклышка на пластилине.

Плюсы: быстро.

Минусы. Слишком близко расположил элементы, точная настройка невозможна (пальцы не лезут). Легко разломать стёклышко.

Но результат есть.

1. Визуально яркость в обоих пучках примерно одинакова. Что, впрочем, обеспечено простотой схемы. Но главное — они вполне себе видны и годятся для картинки. Примерно 1% исходной мощности. Или сотая процента? Не важно, главное — видно.

2. Раздвоенность пятнышек — это как раз та самая «интерференция на тонких плёнках», о которой предупреждал искусственный умник. Надо смотреть, что получится при совмещении пучков.

Поэтому в приоритет — оправка стёклышек и столик побольше.

Глава 11. Влияние на конечную картинку интерференции на тонком стекле

В заголовке — причина длящегося НИОКРа.

Стендовый столик получился чудо как хорош, не совпадает только по высоте с лазером Изделия, поэтому решено было снабдить его собственным.

Эта головка (лазерная) отличается тем, что гайка вкручена внутрь гильзы, и на корпус нанесена точка, полагаю, что производитель пометил таким образом ориентацию кристалла. Длина волны, я полагаю, у неё 635 нанометров.

*

А ещё, это уже не предположение, но знание, пучок фокусируется коллиматором гораздо раньше, чем модулем, задействованном нами в Изделии. Но это — не важно, как и длина волны.

Шаг первый. Выставление положения лазера. Пучок должен идти ровно по-над столиком. Для этого позиционируем его таким образом, чтобы получить максимальное пятно на удаленном экране, при прохождении через две мишени-диафрагмы:

Теперь столик желательно вообще не трогать. Иначе первый шаг наверняка придётся повторять. Ну, чем чаще повторять, тем быстрее будет получаться.

Лазерная головка повёрнута вокруг своей оси так, чтобы «прямоугольник» пятна был ориентирован вертикально.

*

Шаги 2 — 4, надлежащие выполнением. То бишь, не сделанные ещё, но будут сделаны и делаются уже.

Позиционировать стёкла от первого до третьего (считаем от лазера) таким образом, чтобы получить максимальное пятно на дальнем экране при прохождении диафрагмы боковой мишени.

Стёклышки в оправках сейчас (на фото) прикрыты квадратными кусочками картона.

*

Результат на удалённом экране выглядит так:

Точность не вызывает восторга, но для полосок должно хватить. Посмотрим, что будет на втором ряде.

Хуже другое.

В прямом прохождении появляются «усы». То ли это собственное поляризационное свойство тонкого китайского стекла, то ли что. Надо попробовать повернуть излучатель вокруг его оси. Для чего же и нужен НИОКР.

Ещё один результат наших пластилиновых экзерсисов — это тот вывод, что юстировочное устройство, придуманное нами быстро из кузовной шайбы и обрезка мебельного уголка, не годится. Тяжело и грубо, и вынос оптической оси в сторону от стержня — это проблемы. Но уже найдены подходящие шайбы, прижимавшие ранее диски в винчестерах. И жесть от консервных банок, лучший в мире поделочный материал, нам в помощь.

*

За десяток часов дрейф неплох, как для пластилина. Никто не ушёл из дырочек.

Насчет "усиков" есть мнение, что пережата (искривлена) стеклянная пластинка. Надо аккуратнее в оправку. Можно проверить на голой пластинке, подцепив её за уголок на капельку клея, можно просто переставить их местами. Но это всё потом, сейчас надо довести макет до конца, а то это никогда не кончится.

Ставим выходную мишень с диафрагмой побольше, не известно при нашей точности, в какой точке пучки сведутся.

... приемлемо. И это было не сложно:

...

"Усики" - это артефакт конкретной пластины. Аккуратней надо. Тщательней. Но какие же они тонюсенькие.

Глава 12. Сведение трёх лучей

Вынести тему из НИОКРа в отдельную главу подвигла идея.

Проблема в том, что мишень с дырочкой и удаленным экраном, как это прекрасно сработало, чтобы выставить основу по-над столом и потом запараллелить три отраженных луча, не поможет для сведения трёх точек.

Мы таким методом прекрасно сведём один за другим два луча, но при это абсолютно не угадаем ту точку, в которую при сведении двух первых сведётся и третий. Можно попробовать итерации, но даже у меня, как бы поднаторевшим в этом деле, не хватает на это пространственной чуйки.

Поэтому придумал такой фокус.

На дальнем (от излучателя) краю столика во втором ряду стёкол закрепляем такую же мишень-диафрагму, как и в первом ряду. А на ближнем краю (второго же ряда) ставим опять же такую мишень, но с зеркалом сразу за диафрагмой.

Тема получается достаточно интересная для отдельной главы.

А выставление трёх лучей параллельно вбок получается уже довольно хорошо. Пластилин рулит, ежели намять.

*

Контроль вновь изготовленной диафрагмы, стоит сама по себе, без пластилина. Годится.

*

Зеркало требует юстировки. То есть, его надо позиционировать так, чтобы «правильный» луч отражался строго обратно. Поэтому пришлось зажигать еще один лазер, по фану сделал это с фиолетовым.

Ошибкой (некритичной) стало использование балластом зелёного светодиода (при пяти-вольтовом питании), он забирает слишком много, и фиолетовый светит слабо.

Следующая фотка — позиционирование новой феньки, пучок через всё первого ряда доходит до удалённого экрана и даёт там вполне пятно.

Теперь, с этим же позиционированием фиолетового, светим им сквозь диафрагмы второго ряда.

Прохождение не идеально, в дальней мишени засвечен нижний край (на фотке не так видно, но на глаз заметно). Но в целом этот опыт показал, что наши самодельные попытки использовать 3D-разметку стендового столика с помощью обрезков тетрадного листа вполне работают.

Теперь надо здесь за дальней мишенью расположить технологическое зеркало так, чтобы оно отражало пучок фиолетового обратно ему в глаз (отъюстировать).

Тогда это зеркало можно будет использовать (совместно с мишенями-диафрагмами) для позиционирования стёкол второго ряда.

Задача выглядит просто — найти в этом хаосе требуемое зеркало.

А если сделать фиолетовый все-таки поярче, так чтобы его пятно стало видно на стёклах, его можно будет использовать непосредственно при их юстировке. Даже без зеркала же! Решено. Следующая задача — подобрать питание для фиолетового, поднять ему яркость.

Глава 13. Успехи стереометрии

Не успел ничего почувствовать, ни приготовиться выжимать пластилинку, ничего.

Просто поставил четвёртое стёклышко на его место, и сразу получил совпадение пятен.

Непривычно. А ведь банальность: чем больше подготовка, тем незаметнее событие.

Да, технологический лазер я просто заменил фиолетовый на красный. Так и пятно на стекле гарантировано, и по питанию полный консенсус со светодиодом.

Диафрагма со стороны этого второго (вспомогательного, технологического) лазера — буквально прокол тонкой швейной иглы. «Легче верблюду», — если позволена подобная аллюзия. Но получилось. Причём вот так, сразу, с полпинка. … Всё еще в шоке.

Ок. Совмещение пучков не вызывает сомнений. На таком расстоянии — это гарантированное появление интерференционных полос. Так что готовим окуляр и экран. Оставайтесь, начинается интересное.

*

Положение пары стёкол 2-5 при совмещении их отражённого пучка с технологическим.

*

И первая потеря, треснувшее стекло. Очень тоненькое, надо нежнее оправку.

Но, раз уж так получилось, не будем протокольно завершать этап НИОКРа (предполагалось увидеть интерференционную картинку от трёх сведённых лучей), но переходим сразу ко второму этапу.

Три луча нам понадобились не простого любопытства ради, но со следующим смыслом. Три луча сводятся по две пары, например, первый с третьим и первый со вторым. Ясно, что для этого первый луч надо опять поделить на два. Делать это мы собираемся на толстом стекле. Схема такая:

То есть, это фактически та же «интерференция в тонких плёнках», только толщина «плёнки» здесь больше размера пятна, и они не перекрываются.

Фокус здесь в том, чтобы не взять стекло слишком толстым, чтобы после окуляра оба пятна влезли в кадр одной камеры.

Здесь как раз играют и фокусировка коллиматором, и размеры диафрагм.

*

Ладно, что это я… Люди годами ездят с треснувшей лобовухой. Доделаем этап, как планировалось. Артефакторика — это как правило всякие разные сломанные штучки Древних.

Пятно пучка 3-4 пары стёкол:

2-5 (средняя) пара:

И 1-6 (6-е треснуто):

Совмещение такое себе... Но этим мы как раз и займёмся, глядя уже на интерференционную картинку. В запасе у нас еще две (!) диафрагмы, на входе и на выходе с макетного столика.

Глава 14. План Б

Артефактор, чувствуя, что вязнет в пластилиновой реальности, корректирует план.

На уровне клеточек из тетрадки всё хорошо. Но если доводить интерференционную картинку до толстых (т.е. близких к центру) линий, не говоря уже о концентрических окружностях (неких кривых-угловато-ломаных огрызков окружностей на самом деле, это реальность,., но концентрических), пластилин плывёт.

Причем речь даже не о перерывах между сериями наблюдений, но… заканчиваешь юстировать третью пару стёклышек, смотришь первую — та уже убежала.

Еще плохая идея ограничить площадь стекла квадратом сантиметра. На треснутом стекле это проявилось очень ярко, попасть двумя пучками мимо трещины труднее в несколько раз.

Главное же — вы видите эти стержни? По диаметру они такие же, как на основном Устройстве. Так что в НИОКР включается разработка юстировочного узла, годного для Изделия. Не то, что получилось сходу из толстых грубых кусков бытовой стали. Получив что-либо приличное на макете, мы просто переставим это куда надо.

На фотке красные полоски под стержнями — это способ предотвратить их прокручивание при изменении угла места юстировочного узла. Просто зажимаем кусочек наждачки.

*

Состояние железнодорожного пути и сооружений систематически контролируют непосредственным визуальным осмотром и промерами при помощи специальных измерительных приборов, аппаратов и машин. Для проверки колеи в отдельных местах по ширине и уровню при незагруженном состоянии пути служат путевые шаблоны и рейки с уровнем. Рабочий путевой шаблон применяют для проверки ширины колеи в прямых и кривых участках в процессе производства работ. Он изготовлен из уголкового железа; на концах приварены две опорные планки с расстоянием между мерительными гранями 524 мм. Концевые поверхности шаблона и мерительные грани зашлифованы. Для измерения ширины колеи на уровне на 13 мм ниже поверхности катания имеются на одном конце шаблона миллиметровые деления (рис. 154, с). Вес шаблона — 3,8 кг.

В артефакторике этот же инструмент заметно легче:

Для Изделия придётся сделать что-то побольше и потяжелее.

*

Конструкционная основа юстировочного узла — две жестяные пластины (да, да, консервная банка — источник превосходного артефактного материала), стянутые вокруг стержня. Натяжение такое, что с небольшим усилием позволяет поворачивать пластины вокруг стержня, это у нас коррекция угла места.

На концах четырёх винтов можно закрепить пластину с оправкой оптического элемента, для второго ряда стёкол к пластине дополнительно на гвоздике ставим поворотную шайбу для коррекции азимута.

*

Пробы и ошибки:

*

И теперь получилась вполне вменяемая вещь, как для первого ряда стёклышек, так почти готово. Осталось придумать, как реализовать поворот по азимуту (в горизонтальной плоскости, если вы понимаете, о чём я) для второго ряда.

Поворотный рычаг, чтобы не лазить пальцами:

*

А? В серединку — втулку, и крутим… Тогда в шайбах сверлим дырки, в дырках — резьбу М3… А нельзя было так сразу? … Можно. Но сверлить 2,5 миллиметра стали ты будешь на дощечке своей старой доброй советской дрелью. По четыре отверстия на трех шайбах. А еще можно взять старых добрых консервных банок, и сделать аналог этому «поворотному устройству» из них.

*

И вот оно, братья и сёстры, незавершёнка.

Пластинка основы и пять её сестёр, нижняя пластина нижней части поворотного узла, средняя часть того же — ряд кусочков картона, которым надлежит быть склеенными. Но пришла еще одна мысль, как это всё я могу сделать. Проще и быстрей.

Есть вот такие кронштейны, раньше они держали рельсы (дюралевые профили) для всяких разных гардин. Им надлежит быть порезанными на кусочки, просверленными где надо и приставленными к делу. За работу, товарищи! Артефакты сами себя не сделают.

*

Короткие дощечки спилены ручной ножовкой (пилите Шура она золотая), длинные — отрезным кругом (закрепленным на дрели болтом): обратите внимание на срез.

И вот они, наши поворотные платформочки:

Выглядят не очень, но так мы ещё и не начинали. А отрезной круг — всё, больше резать не будет. Как от него отскочил этот кусочек, не заметил, только под веником, заметая пол. Хорошо — не в глаз, был бы у нас один кривой артефактор. Еще хорошо, что дюраль не надо прорезать на всю толщину, он охотно отламывается при пропиле на половину.

Слева внизу на дощечке — руны Древних. А как вы думали, все по-взрослому, 13 рублей 35 копеек отдай, если хочешь, чтобы у тебя дома висела завеса силы на ширину 2,8 метра. В целом, этот рунный блок нашему артефакту не нужен, но и не мешает. А аура рунологии Древних — вот она.

Помыть, убрать заусенцы, слегка потереть шкуркой, и вот уже почти всё готово для наклейки оптических элементов (стёклышек, в оправке!) первого ряда.

Но придётся сделать ещё одну закупку, винтиков у нас мало, можно как-то что-то сделать, но дешевле съездить в магазин:

Верхнюю дощечку как бы логично сделать частью оправки. И еще вопрос, клеить её на нижнюю намертво, или всё-таки сделать поворотной.

*

Это была не самая удачная идея, использовать те дырки, которые были у Древних в цивилизации СССР.

Они не были у них одинаковы уже при изготовлении, а эксплуатация свежести им не добавила. К тому же они не вполне согласны с диаметром стержня.

Но мы преодолеем трудности, которые создал кто-то (кто бы это), потому что начинать еще раз заново еще хуже.

Из хорошего: дюралевые плашки сами по себе (без «готовых» дырок) — материал очень хорош для нашей цели. Рекомендую, если кто захочет повторить в домашних условиях.

Короче, доводим до ума тот набор, что вы видите на последней фотографии, и начинаем работать со стёклышками.

Диск изношенный на ненадёванном:

Глава 15. План В.

Напоследок ИИ (в следующей повести цикла) надоумил меня меньше подробностей, что да как на коленке собрать, но побыстрей начать эксперименты. Воздух у него, понимаешь, плотность теряет.

Поэтому вот результат плана Б:

Юстировочные плашки сделаны. Яркость луча после двух отражений — на заднем плане экран — маленькая.

Ничего путного для оправки тонких стёклышек не придумал.

Надо переходит на отражение зеркалами. Им и оправка не нужна, можно просто приклеить к плашке.

В общем, таков план. Сделаю — продолжим.

*

Крепнет подозрение, что ИИ мне соврал о проведении расчёта в системе координат, привязанной к Венере. Надо самому попробовать, хотя бы получить простую круговую диаграмму, сходящуюся на 145 витках. Промежуточной целью проекта можно поставить проверку сообщенного ИИ угла, который якобы получился у него. Если результат будет другой, значит точно соврал, и можно будет копать.

*

Настолько проще работать с кусочком зеркала, его просто поставил на плашку, и всё.

Глава 16. Продолжаем однако

Сначала на афтершоке меня подбили на создание своей теории эфира. Пришлось вникать, и таки да.

Теория подвижного (в пространстве) эфира как светоносной сплошной (без образующих частиц) среды и материала для вещества, отличающаяся тем, что электромагнитные свойства эфира отделены от его механических свойств. Как-то так.

Из отличия возникает концепция двух температур, как интеграл соответственно собственных электромагнитных и механических колебаний.

Выравнивание этих температур обеспечивает (объясняет) процессы.

А потом было полмесяца домика в деревне.

Но мы ничего не бросили, ничего не забыли.

Продолжаем.

На макетном столике ряд из трёх осколков зеркала, поделив между собой сечение пучка, посылает свою часть налево. Технический излучатель слева внизу по-над тремя пустующими плашками посылает свой пучок в окуляр (объектив?), составленный из двух двояко-вогнутых линз, далее это попадает на экран на заднем плане.

Работаем.

Глава 17. Стеклянный стерженёк

.., установленный перед технологическим диодом, помогает выставить его плоскость. (можно использовать трубочку от пипетки)

Глава 18. У кого жемчуг, у кого полоски тонкие

Но! Это первые зафиксенные полоски на этом макетном столике. Потому достойно отдельной главы! Пора включать веб-камеры.

Хуже, что я походу ошибся с поляризацией пучка диодного модуля, установку осколочков зеркала придётся переделывать. (Заметим на будущее: разобраться таки с поляризацией)

***

Ну как-то уж очень-очень мелкие. Зато - есть, и на правильно повёрнутом источнике, с правильно стоящими зеркалами. То есть, конструкция буквально повторяет предыдущий опыт на деревянном ящике, с отличием только в толщине свето-делительно-складывающего стёклышка (оно теперь 2 мм), все мои "улучшения" не прошли. Ну и ладно.

*

"Делительная" функция стёклышка. На экран через линзу попадает первое и второе отражения падающего пучка, от лицевой и изнаночной сторон стеклянной пластинки. Левое пятнышко (по науке должно быть) более чем в 10 раз тусклее правого.

Между пятнами на экране видны интерференционные полосы в количестве трёх штук. Круговая структура пятен - это собственная интерференция пучков.

***

Подойдите ко мне, бандерлоги...

Ближе... Ближе...

Глава 19. Камера № 1

Смотрит на экран

Глава 20. Ю - юстировка

Мы отказались от идеи использовать для юстировки вспомогательный диод. Вместо этого разместили перед экраном зеркало. Пробуем. Дальняя (рабочая) пара зеркал установлена удивительно легко. Посмотрим, как пойдёт дальше.

Может быть, зря начали именно с дальней пары, этому пучку предстоит пройти через три (!) стекла, каждое из которых, толщиной 3 мм, будет его отклонять. Но очень хотелось попробовать, а стёклышки ещё нарезать надо.