Motorisches Stacken mit dem Mikroskop

[Stuessi]

Liebe Mikroskopiker,

mehrere Mikroskope habe ich zum Stacken mit Schrittmotoren versehen.
Die Schrittmotoren stammen aus alten floppy Laufwerken.
Als bekennender Fischertechnik-Fan habe ich die Mechanik mit ft-Bauteilen erstellt.
Die Befestigung an den Mikroskopen erfolgte mit UHU-plus.

1. Umbau:





2. Umbau:





Die Ansteuerung erfolgt über ein altes ROBO Interface.
Die Programmierung erfolgt mit dem ft-Programm ROBO-PRO über USB.
Das Interface kann dann getrennt vom Computer mit einer IR-Fernbedienung gesteuert werden.

Neuerdings kann man dieses Interface auch auf andere Weise ansteuern.
Ich benutze die App startIDE auf einem TX-Pi
https://github.com/harbaum/tx-pi/
Die Programmierung erfolgt direkt auf diesem Gerät mit der Computer Maus.
https://forum.ftcommunity.de/viewtopic.php?f=33&t=4588

Als Interface kommen dann in Betracht:

ROBO-Interface (gebraucht für etwa 50 €)
Fischertechnik TXT-Interface (neu ca. 180 €)
Neuentwicklungen der ft-Community: ftDuino, ein Arduino mit Anschlüssen wie ein TXT (60 €)
https://github.com/harbaum/ftduino

Beispiele zur Programmierung mit startIDE findet man in der neuesten Ausgabe von ft:Pedia
https://www.ftcommunity.de/ftpedia_ausgaben/ftpedia-2018-1.pdf





Beim ersten Aufbau entsprechen 8 Schritte, beim zweiten 320 Schritte einer Hubhöhe von 1 µm.
Eine Hubhöhe von 1/3 µm kann ich einigermaßen genau einstellen.
Hubhöhen bis herab zu 10 nm sind zwar erreichbar, aber nicht immer gleich groß, wie ich durch Interferenzmessungen herausfand.

Auf dem Bild sind links eine Laserdiode, in der Mitte ein Strahlenteiler, rechts und auf dem Mikroskoptisch Oberflächenspiegel zu sehen.







Zwei Interferenzbilder:





Nach lambda/2 Höhenverstellung, also einer Laufwegveränderung um Lambda:




Viele Grüße
Rolf

[Klaus Herrmann]

Hallo Rolf,

wirklich eine kreative Lösung!. Deinen Meßaufbau kann ich zwar nachvollziehen aber ich sehe den Unterschied in den beiden Interferenzbildern beim besten Willen nicht. Auf was muss ich achten?

[Stuessi]

Auf was muss ich achten?

Hallo Klaus,

Du beobachtest schon richtig.
Bei ganzzahligem Gangunterschied von einer Wellenlänge dürfen sich die beiden Interferenzbilder nicht unterscheiden.

Gruß
Rolf

[Klaus Herrmann]

Danke Rolf,

dann noch die Frage: wie sieht das Interferenzbild nach einer ganzen Wellenlänge aus? Nach einer halben hätte ich komplette Auslöschung erwartet?

[FotoHooK]

Hallo Klaus,

Bei sich verändernder Distanz bewegen sich die Ringe im Muster nach innen oder außen.

Nach einer ganzen Wellenlänge sieht das Interferenzbild wieder genau so aus, da jeder innere Ring dann den Platz seines äußeren Nachbarn eingenommen hat (oder umgekehrt).

Gruß
Robin

[Stuessi]

Guten Abend Klaus,

Du gehst bei Deiner Annahme von ebenen Wellen aus.
Durch das Mikroskopobjektiv wird das Licht (theoretisch) in dessen Brennpunkt konzentriert.
Man kann also von einer punktförmigen Lichtquelle ausgehen.
Es interferieren dann die Lichtwellen, die von den beiden virtuellen Spiegelbildern ausgehen,
die "hintereinander" liegen. Deren Interferenzfiguren sind theoretisch konzentrische Ringe.
Ändert sich die Tischhöhe um Delta h, dann ändert sich der Abstand der beiden virtuellen Lichtquellen um 2 Delta h.

Ich habe das Experiment mit diesen Werten wiederholt:
Wellenlänge 650 nm
320 Schritte pro 1000 nm
Hubhöhe von Bild zu Bild 26 Schritte, also rund 81 nm
4 Verstellungen ergeben 325 nm, also die halbe Wellenlänge der Laserdiode
Wegen des Faktors 2 sollte das Ergebnis mit dem nullten Bild übereinstimmen.












Viele Grüße
Rolf

[Stuessi]

Hallo,

mit der Einstellung 3-Schritte aufwärts habe ich 67 Einzelbilder gemacht und zu einem 22 sec Video zusammengestellt.
3 Schritte bedeutet einen Hub von 3*1000nm/320 = 9,375 nm.
Der Gesamthub beträgt dann fast 2 * 1/2 Wellenlänge, also 2 Durchgänge.

https://www.amazon.de/clouddrive/share/imKeH5t6sbTL3clmaoG2kMiBI0WXjDyDr5nRGXtniv5

Deutlich sieht man, dass die Schritte nicht immer zu gleichen Höhenverstellungen führen.
Dennoch ist es erstaunlich, wie gut die Tischverstellung bei Anheben des Tischs reagiert.
Beim Absenken sind die Schritte deutlich größer als 10 nm.

Gruß
Rolf

[Klaus Herrmann]

Danke Rolf, das ist jetzt klarer. Ich habe an die Interferenzen gedacht, die man durch doppelbrechende Substanzen erhält. Da bringt eine Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge natürlich komplette Auslöschung bei gleicher Intensität.