Autor Thema: Optisches Gitter aus einer CD  (Gelesen 17188 mal)

Stuessi

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #15 am: Juli 15, 2011, 11:33:55 Vormittag »
....Was ich im vor-vorigen Posting über die fehlende 2. Beugungs-Ordnung beim Durchleuchten des CD-Gitters mit einem roten Laser-Pointer (ca. 650 nm) sagte, war falsch....

Hallo Herr Husemann,

Ihre Überlegungen hatten mich etwas verunsichert. Ich spekulierte schon auf die Schwächung der 1. Ordnung (bei Spaltabstand=doppelte Spaltbreite), dann merkte ich aber, dass ich eine DVD und keine CD mit dem LASER-Pointer untersuchte. Bei der DVD beträgt der Linienabstand nur die Hälfte einer CD.

links: DVD, Mitte: 20µm in der Höhe, rechts: beschriebene CD


Gruß,
Stuessi
« Letzte Änderung: Juli 15, 2011, 12:01:51 Nachmittag von Stuessi »

hinrich husemann

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #16 am: Juli 15, 2011, 12:42:56 Nachmittag »
Hallo Herr Meingast,
interessiert mich sehr! Dann hätte die DVD nur eine "Gitterkonstante" von 0,75 µm entsprechend 1333 LP/mm. Man bekäme bei gerader (= senkrechter) Beleuchtung mit rotem Pointer-Licht nur noch die 1. Ordnungen durch ( 60° bei 650 nm), auch bei Blau (480 nm) keine Weiteren. Werde auch mal mit einer DVD "spielen".
Freundliche Mikrogrüsse
H. Husemann
« Letzte Änderung: Juli 15, 2011, 12:55:22 Nachmittag von hinrich husemann »

peter-h

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #17 am: Juli 15, 2011, 16:37:16 Nachmittag »
Und weil es so schön ist mit einem Gitter zu spielen habe ich noch einen sehr gewagten Versuch unternommen. Kann das Profil der Rillen räumlich dargestellt werden ?


Mit viel gutem Willen kann man "etwas" erkennen.
Aufn. Apo 63/0,95 , UV-LED @ 365nm , leicht schiefe Beleuchtung , monochrome Kamera , 20 Bilder gestapelt und mit HeliconFocus als 3D gewandelt. Mehr ist sicher kaum zu erwarten.

Mikrogrüße
Peter Höbel

hinrich husemann

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #18 am: Juli 16, 2011, 00:31:03 Vormittag »
Lieber Herr Höbel,
wunderschönes "optisches Wellblech"! Haben Sie noch was Neues zur Gitterkonstanten?
Wellenfreundliche Mikrogrüsse
H. Husemann

peter-h

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #19 am: Juli 16, 2011, 12:12:49 Nachmittag »
Lieber Herr Husemann,

nun habe ich noch 2 weitere CDs untersucht. Diesmal ohne Beschädigung, sondern durch die Trägerschicht hindurch. Geht natürlich nur mit einem Objektiv welches auch diese Dickschicht verträgt. Nikon LWD 40/0,55 mit Korr. von 0-2mm und dazu Auflicht.
1. eine CD mit 700 MB ergab 1,45µm Rillenabstand
2. eine alte CD-RW mit nur 650MB ergab 1,53µm Rillenabstand

Die Abstandsmessungen wurden über 12, bzw. 14 Rillen gemittelt. Als Referenz ein O-mikrometer von Leitz.
So wird aus der Gitterkonstanten eine G-variable.  ;D

Damit beende ich die Recherche.
Ein schönes Wochenende und Grüße
Peter Höbel

hinrich husemann

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #20 am: Juli 16, 2011, 14:25:47 Nachmittag »
Lieber Herr Höbel,
Nur zum Abschluß noch ein klassisches  - etwas "freihändiges" "Wellen-Beugungs-Experiment" mit dem besprochenen CD-Gitter, Laser-Pointer: lambda = 0,66 µm (Mittelwert); und provisorischem Selbstbau-Apertometer: 1mm auf der Skala entspricht relativ genau 2°

Gitterkonstante g =  i x [ lambda /sin alpha(i) ]  mit Beugungsordnung i = 1, 2 : abgelesen: alpha(1) =  (13,5x2)° = 27° , damit    g = 1,45 µm
                                                                                                                          alpha(2) =  (31,5x2)° = 63° , damit    g = 1,48 µm






Man sieht auch hier: Die 3. Ordnung "passt" nicht mehr. (Die Theorie "lügt" eben nicht)

Auch von mir
schönes Wochenende und
freundlich gewellte Mikrogrüsse
H. Husemann

Nachträglicher Hinweis im folgenden Posting
« Letzte Änderung: Juli 16, 2011, 18:41:54 Nachmittag von hinrich husemann »

Stefan_O

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #21 am: Juli 16, 2011, 17:06:23 Nachmittag »
Vielen Dank für diese schöne Thema. Das hat mich an eine Webseite erinnert, die ich vor einiger Zeit mal gefunden hatte. Nach einigem Suche habe ich sie wiedergefunden, ein Blick darauf lohnt sich:

The CD ROM Spectroscope -> die Übersicht
http://astro.u-strasbg.fr/~koppen/spectro/spectroe.html

My various types of spectroscopes
http://astro.u-strasbg.fr/~koppen/spectro/typese.html

Das MkII kann immerhin die beiden Natrium-Linen auflösen: 5769.6 and 5789.7 A:
http://astro.u-strasbg.fr/~koppen/spectro/mk3e.html

Leider ist die deutsche Übersetzung noch in Arbeit...(da die seite von 2007 ist, wird's wohl nichts mehr)

Gruss,
Stefan


hinrich husemann

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #22 am: Juli 16, 2011, 18:37:16 Nachmittag »
Nur noch eine ergänzende Anmerkung zu meinem - wie schon gesagt etwas "freihändig" durchgeführten - Beugungsexperiment: Die Ebene des CD-Gitters liegt auf dem Apertometer ein klein wenig zu hoch. Dadurch fallen, wie man geometrisch leicht nachvollziehen kann, die abgelesenen Skalenwerte - und damit auch die resultierenden Winkel und so auch ihre Sinus-Werte - etwas zu hoch aus. Da letzte im Nenner der Berechnungsformel eingehen, ergeben sich wohl etwas zu niedrige Werte für die hier bestimmte Gitterkonstante. Aber das war auch nicht das Hauptanliegen dieses Versuchs. Es ging hier mehr um die Demonstration der Beugung am Gitter.
H. Husemann
« Letzte Änderung: Juli 16, 2011, 19:03:25 Nachmittag von hinrich husemann »

Stuessi

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #23 am: November 20, 2011, 19:14:11 Nachmittag »
Hallo Herr Husemann,

wenn die Gitterkonstante einer CD etwa 667 LP/mm groß ist, muss die Linse im CD-Player mindestens eine solche Auflösung haben.

Vor der Entsorgung eines CD-Players habe ich diese Linse ausgebaut.


Zur Bestimmung des Auflösungsvermögens habe ich diese Linse als Objektiv benutzt und mit meiner Alpha 900 durch mein altes Humbold-Mikroskop das Bild meiner 24 x 36 cm² großen Testtafel aus 1,1m Entfernung fotografiert.





Ein 0,1mm breiter Ausschnitt sieht so aus:


Bis zum Kreis 4 des Siemenssterns (180 Lp) kann man die Linien sicher trennen. Dieser Kreis hat einen Durchmesser von 0,08mm, einen Umfang von 0,25mm.
Damit komme ich auf 720 Lp/mm.

Viele Grüße,
Stuessi


« Letzte Änderung: November 22, 2011, 10:38:27 Vormittag von Stuessi »

Lothar Gutjahr

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #24 am: November 20, 2011, 22:27:42 Nachmittag »
Hallo und guten Abend die Herren,

dieser thread hat bei mir Erinnerungen geweckt und da wurde ein CD gewählt die nicht so dick bedampft ist und so konnte ich sowohl im Auflicht als auch im Durchlicht fotografieren. Da ich aus der Zeit, wie ich für Philips Eindhofen mit an den allerersten CD´s gearbeitet habe,>> dürfte so 1985<< gewesen sein, noch wußte, dass gleich neben dem Loch erst mal ein kleiner unbedampfter Teil kommt und dann ein unlackierter bedampfter Bereich, indem auch Beschriftung auftaucht, habe ich nicht nach Chemie gesucht sondern gleich mit dem Mikroskopieren begonnen. Ein Gitter brauche ich meiner Meinung nach nicht, aber ich wollte natürlich wissen, ob meine Ausstattung dafür reicht.



Also den Kreis in der Mitte angesteuert und losexperimentiert.
So sieht das im Durchlicht mit dem 100.er 0,90 NPL unbearbeitet aus
der bläuliche Teil ist der Alu.bedampfte Bereich.



Hier mal in Anlehnung an weiter oben den unbedampften Teil monochrom mit viel Kontrast


Hier nun Auflicht mit leichter Nachbearbeitung


Und hier die Originalaufnahme


Die Auflichtbeleuchtung ist nicht definierbar, da ich so lange am Metalloplanteil Hebelchen geschoben habe bis es mir am besten gefiel. Vermutlich etwas Reliefbeleuchtung wie bei der Metallografie. Müßt ihr mir nachsehen, bin ja noch der Lehrbub.

Einen schönen Abend noch

Lothar Gutjahr




( in Foren sonst gerne per Du; hier in Bayern sowieso, auch mit dem Landrat und dem Apotheker )

hinrich husemann

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #25 am: November 21, 2011, 20:10:31 Nachmittag »
Hallo Herr Meingast (und eventuell weitere CD-Interessierte),
den Versuch mit der ausgebauten Linse des CD-Players finde ich sehr interessant. Die Ergebnisse passen ja recht gut zusammen.
Was mich aber noch interessiert, ist die numerische Aperur NA dieser Linse. Dazu versuchsweise einige "lockere" Philosophien:
 Die Linse fokussiert ja einen Laser-Strahl  - also ein Parallel-Bündel - in die Ebene der Spurlinien. Der Schnitt des Fokus  - er ist ja kein mathematischer Punkt, sondern auf Grund der Wellenoptik ein räumliches Gebilde - mit dieser Ebene stellt (vereinfachend perfekte Abbildung vorausgesetzt) ein klassisches Airy-Scheibchen dar. Den Durchmesser d seines Kerns (gemessen jeweils bis zum ersten Minimum) kann man berechnen nach  d = 1,22 lambda / NA (mit lambda = Wellenlänge des benutzten Lichtes ).
 d sollte natürlich nicht "dicker" sein als eine CD-Spur breit ist, also nicht mehr als 1,5 µm . Als Laser nehme ich mal einen an, wie er auch in den üblichen roten Laser-Pointern gebraucht wird: lambda = 0,65 µm (etwa). Dann ergäbe sich für die notwendige NA der Linse (natürlich wieder "etwa") NA = 1,22 lambda / d  =  1,22 * 0,65 / 1,5  =  0,53 .
Für ein gut korrigiertes Mikroskop-Objektiv fordert eine NA von 0,5 schon einen merklichen optischen Aufwand; aber die Linse im CD-Player muß ja nicht achromatisch sein, sondern nur für eine Wellenlänge einigermaßen passen.
Wie gesagt, nur der "lockere" Versuch einer Kalkulation. Hat jemand einen anderen Ansatz oder genauere Kenntnis über die Auslegung solcher Linsen?

Freundliche Mikrogrüsse
H. Husemann
« Letzte Änderung: November 21, 2011, 21:57:06 Nachmittag von hinrich husemann »

Lothar Gutjahr

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Re: Optisches Gitter aus einer CD
« Antwort #26 am: November 21, 2011, 22:58:08 Nachmittag »
Hallo Herr Husemann,

wie sie schon richtig schrieben " braucht ja nicht achromatisch sein" ist das eine errechnete Linse welche dann als Kunststoffspritzgießteil gefertigt wurde, wie heute viele optische Teile. Leider habe ich 1999 wie wir für den Griechenlandumzug gepackt haben, die zum Teil bis zu 1200 Seiten starken Sony-Patentschriften entsorgt. Da waren sehr viele Details nachzulesen wie auch Dinge wie Pitabstände 1/2 Lambda und so weiter. Es gab dann auch noch ein Weißbuch, was aber mehr die digitalen Verfahren betraf.

Was ich noch dazu beitragen kann ist der Brechungsindex als Problem bei den CD´s. So eine Scheibe wird über einen Schirmanguss in der Mitte angespritzt und das bedingt natürlich bei so einem schlanken Teil einen Druckgradienten zum Rand hin, welchen man sich in etwa wie einen "Tannenbaum" vorstellen kann. Dieser beieinflußte in der Anfangszeit die Doppelbrechung der Scheibe von aussen nach innen dermaßen, dass 10 bis 15 nm pro mm und 80 bis 100 nm Pro mm gemessen wurden. Dies reichte für Musik-CD´s aber nicht für Daten-CD´s Diese sollten über die ganze Fläche nicht mehr als 15 nm/mm abweichen. Hier waren wir dann mit der Kunststoffverarbeitung am Ende. Rechtzeitig brachte die Firma Bayer das Makrolon 2000 auf den Markt, welches brav und lammfromm diesen Wünschen entgegenkam. ( Ein Sieg der Chemie)
Ich hatte bereits mit zwei Studenten als Diplomarbeit ein Inline-Doppelbrechungsmessgerät gebaut aus welchem ein Gerät zur Produktionskontrolle abgeleitet wurde. Das kam dann nie zum Einsatz. Ein weiteres Insiderproblem war die Trocknung des Granulates. Geschieht dies nicht ausreichend, schäumt so eine CD bei Überschreiten der Glastemperatur regelrecht auf. Die Bläschen sind vorher komprimiert im Werkstoff eingefroren und beeinflussen auch die optische Qualität.

Die heutigen Scheiben dürften etwa bei 15 nm/mm über alles liegen.

Dann ist auch das schöne Foto von Stuessi von dem Linsenträger vielleicht noch ein paar Worte wert. Die dort angebrachten Spulen gehören zum "Tauchspulpositioniersystem" Die Rundlaufgenauigkeit der CD oder DVD wird mit den aussen sitzenden Einzelspulen nachgeregelt. Das gab es bei den ersten CD´s noch nicht. Was aber von Anfang an da war ist die große um den ganzen carrier laufende Spule, die gegen einen Permanentmagneten die axiale Verstellung der Optik vornimmt und für einen gleichmäßigen Abstand zur Lesespur sorgt. Die ersten Laserdioden hatten zu diesem Zweck eine zusätzliche Empfangsdiode, die hinter dem Laser lag und wenn ich mich richtig erinnere neben dieser Positionierungsaufgabe auch eine Leistungsregelung der Helligkeit in einem anderen Zeitkonstantenbereich vornahm.

So viel dazu. Es tut mir Leid, nicht mehr zu den gestellten Fragen beisteuern zu können.

Mit besten Grüßen

Lothar Gutjahr