Нуль-тест для парабол в любительских условиях.

[Дмитрий Маколкин]

Выношу на суд оптической общественности недавно пришедший мне в голову возможный метод проверки параболических зеркал. Этот метод можно использовать в мастерской при полном отсутствии каких-либо вспомогательных оптических деталей – автоколлимационного зеркала, универсального компенсатора или коллиматора. Собственно, мысль была придумать что-то эдакое, что позволит любителю, пусть и с некоторыми напряжениями, но сделать такую схему контроля, при которой можно проверять зеркало на «плоский рельеф».
Вообще говоря, это некоторое извращение, без которого оптики-профессионалы или коллективы любителей телескопостроения могут вполне обойтись, хорошая эталонная плоскость для автоколлимации – вещь совершенно незаменимая. Но раз уж так вышло, что её нет – попробуем выкрутиться без неё.
Разумной альтернативой может служить универсальный компенсатор, одиночная линза, располагаемая между теневым прибором и зеркалом, на заранее вычисленном расстоянии. Но такую линзу надо делать, причём с достаточно высокой точностью. Далеко не всегда любителю это под силу, хотя можно заказать такую линзу профессионалу.
Собственно говоря, ход рассуждений был следующий:
1.   Берём плоско-выпуклую линзу в качестве компенсатора.
2.   Помещаем её плоской стороной к теневому прибору, а выпуклой – к зеркалу.
3.   Приближаем её к зеркалу до соприкосновения вершины выпуклой поверхности с вершиной зеркала.
4.   Придаём выпуклой поверхности линзы форму поверхности зеркала – т.е. делаем величину зазора равной нулю для всей поверхности зеркала.
5.   А теперь – внимание! Заменяем стекло линзы на жидкость, а чтобы она не вылилась – кладём зеркало в тазик лицом вверх и наливаем в жидкость в тазик так, что над краями зеркала слой жидкости будет порядка пары миллиметров, а стенки тазика будут далеко от краёв зеркала. При этом свободная поверхность жидкости становится плоскостью с большой точностью, если нет вибраций и существенного конвективного перемешивания.

И вот он вопрос, а какова должна быть асферичность зеркала, т.е. квадрат эксцентриситета, чтобы теневой прибор показал «плоский рельеф»? Чутьё подсказывает, что единственный свободный параметр у нас для настройки схемы – это коэффициент преломления жидкости.
Закидываем всё это дело в программу по расчёту оптики и подбираем коэффициент преломления жидкости. Получается, что для контроля параболы нужно иметь жидкость с коэффициентом преломления примерно 1.4
Какие жидкости имеют подобные коэффициенты преломления? Оказывается, есть 2 кандидата на роль «жидкой линзы» для нуль-теста парабол.
Первый вариант – раствор глицерина в воде. У дистиллированной воды коэффициент преломления – 1.333, у глицерина – 1.474. Раствор 52% глицерина (по массе) в воде даст нужный коэффициент преломления (в спектральных линиях натрия) с очень высокой точностью.
Второй вариант – жидкое силиконовое масло, которое имеет примерно такой же коэффициент преломления, но в литературе нет какого-то точного значения, всё что мне удалось найти – это диапазон 1.398 – 1.405, однако погрешность компенсации при таком разбросе очень мала.

Что важно соблюсти при таком контроле?
Во первых, оптическую ось зеркала надо выставить как можно более вертикально, чтобы минимизировать клиновидность в линзе, вызванную возможным наклоном её поверхности относительно зеркала, поэтому берём хороший уровень и ставим его на фаску зеркала по его двум перпендикулярным диаметрам и выводим показания уровня в ноль.
Во-вторых, хроматическую аберрацию никто у жидкостей не отменял, поэтому желательно использовать достаточно узкополосный фильтр, что-нибудь типа OIII или Solar Continuum, или любой интерференционный фильтр (кстати, Владимир Суворов видел подходящие фильтры на Митинском радиорынке в Москве)
В-третьих, жидкость будет колыхаться от вибраций, поэтому нужно проводить испытание вдали от вибраций (подвал, ночь, никаких хождений рядом, а может даже и удалённое управление теневиком…)

Но самое главное – при масштабировании такой схемы (переход к другому фокусному расстоянию) все размеры масштабируются автоматически, и пересчёт делать не надо.

Итак, кто готов поставить контрольный эксперимент? Расчётами обеспечу.

[Asafan]

  Кроме глицерина (сырье для динамита) надо еще и стремянки две - одну для теневика, вторую для исследователя (если квартира не двухуровневая, конечно). И чтоб все тихо сидели. Тихо - я сказал !!!

[alex~]

  Кроме глицерина (сырье для динамита) надо еще и стремянки две - одну для теневика, вторую для исследователя (если квартира не двухуровневая, конечно). И чтоб все тихо сидели. Тихо - я сказал !!!

Квартира,стремянка - пустяки. А вот направление движения воздушных потоков скорее вертикальное будет, чем горизонтальное.

[alex~]

И вопрос: вот этот способ, описанный у Сикорука никто не применял на практике?

Если плоский эталон сделать сложно, его можно заменить жидким зеркалом, установленным горизонтально (рис. 58,г). В таз подходящего размера наливаем вязкую жидкость, например минеральное масло. Это и есть эталонное зеркало. Над ним вертикально устанавливается собранный телескоп.

[Дмитрий Маколкин]

И вопрос: вот этот способ, описанный у Сикорука никто не применял на практике?

Если плоский эталон сделать сложно, его можно заменить жидким зеркалом, установленным горизонтально (рис. 58,г). В таз подходящего размера наливаем вязкую жидкость, например минеральное масло. Это и есть эталонное зеркало. Над ним вертикально устанавливается собранный телескоп.

Подавляющее большинство оправ любительских зеркал совершенно не расчитаны на такое положение телескопа и так тестировать можно, пожалуй, только небольшие рефракторы, что тоже довольно интересно. Хотя и рефракторы стоит тестировать в штатном положении...

[Дмитрий Маколкин]

  Кроме глицерина (сырье для динамита) надо еще и стремянки две - одну для теневика, вторую для исследователя (если квартира не двухуровневая, конечно). И чтоб все тихо сидели. Тихо - я сказал !!!

Квартира,стремянка - пустяки. А вот направление движения воздушных потоков скорее вертикальное будет, чем горизонтальное.

Достаточно сделать какую-нибудь примитивную трубу вокруг контрольного стенда, тогда на дне скопится холодный воздух и перемешивания практически не будет, а горизонтальная слоистость воздуха большой ошибки не внесёт.

[Евгений Ромас(BrainBug)]

Давно задумывался о таком методе контроля парабол... Идея автора только подталкивает к построению "жидкого плоского зеркала".
Выглядит перспективно.

[Germ]

  Кроме глицерина (сырье для динамита) надо еще и стремянки две - одну для теневика, вторую для исследователя (если квартира не двухуровневая, конечно).

Или колодец на даче

Идея Дмитрия весьма понравилась. Не проверял в программах, просто интересен ответ: то есть так все и есть: складываем параболу-зеркало с линзой из ответной плоско-параболической линзой из "лосьона". И результат эквивалентен зеркалу сферическому? Или там все же есть отклонения высших порядков?

[GLOK]

В-третьих, жидкость будет колыхаться от вибраций, поэтому нужно проводить испытание вдали от вибраций (подвал, ночь, никаких хождений рядом, а может даже и удалённое управление теневиком…)

Вроде как не исключая всего выше перечисленного еще можно применить песчаную подушку... помниться довольно давно, в центре города, метрах в 100 от трамвайки у нас получали с её помощью прекрасные голограммы.
По моим, довольно скромным познаниям - вроде должно давать стабильные, читаемые  результаты...

Вот с конвенцией... надо в самом деле подумать крепко, я часто с этой гадостью встречаюсь (наравне с моими кривыми глазами)-внятного решения как свести к минимуму пока не придумал...

Позднее : Предложенная труба из материала с плохой теплопередачей (окутанная одеялом )вроде в самом деле должна сработать

[Дмитрий Маколкин]

  Кроме глицерина (сырье для динамита) надо еще и стремянки две - одну для теневика, вторую для исследователя (если квартира не двухуровневая, конечно).

Или колодец на даче

Идея Дмитрия весьма понравилась. Не проверял в программах, просто интересен ответ: то есть так все и есть: складываем параболу-зеркало с линзой из ответной плоско-параболической линзой из "лосьона". И результат эквивалентен зеркалу сферическому? Или там все же есть отклонения высших порядков?

Высших порядков практически нет. У меня получались остаточные аберрации меньше 0.01 лямбды на зеркалах среднего диаметра. Скорее погрешность будет от неточного значения коэффициента преломления жидкости и от контроля на нерасчётных значениях длин волн. Посчитать допуски не сложно, хотя лучше будет померить используемую жидкость на рефрактометре...

[gals]

  Димыч, срочно патентуй!!!! Не зевай.

[bibliograf]

 Большие зеркала уже давно предпочитают контролировать в горизонтальном положении, не снимая
со станка. Над зеркалом помещают тонкостенную металлическую трубу с размещенными на стенках
нагревательными элементами; снаружи труба хорошо теплоизолирована. В трубе создается градиент
температуры по высоте - несколько десятых градуса на метр высоты, этого достаточно для подавления
конвекционных потоков.
А жидкости можно подобрать с показателем преломления от 1.33 до примерно 1.8 - в любом учебнике
кристаллооптики их целая таблица! Такими жидкостями пользуются для определения показателя
преломления минералов под микроскопом. К сожалению, большинство из них плохо пахнет и весьма ядовиты..

срочно патентуй!!!! Не зевай

Едва ли это удастся - похожий метод иммерсионного контроля параболических линз описан в книжке
Д.Т. Пуряев   "Методы контроля оптических асферических поверхностей" 1976

[Koalin]

По моему она больше всего годится для того,что при испытании плоскостью не-даёт плоский рельеф.
На пример: хипербула для РК; елипс с е под 1;
Какие трудности:
Надо иметь рефлектометр.
Обеспечить изотропность жыткости.
Отражение на переходе жидкость-стекло.н1/н2 величина не большая. Сколько там % получится ?

А на стремянку лазить незачем- картинку надо снимать на камеру или фотоаппарат и передавать на комп.
У кого нету компа- про схему не узнают