Mit mutat
Az előadóterem elején lévő távcső (videokimenettel) a terem hátsó részében lévő két pontszerű fényforrásra fókuszál. Bár a fényforrások csak 1/2 mm távolságra vannak egymástól, könnyen felbonthatók. A felbontás Rayleigh-határa jól látható, ha a távcső rekesznyílását annyira lecsökkentjük, hogy a két fényforrás alig felbontható, hasonlóan az alábbi képekhez (forrás: Cagnet/Francon/Thrierr, Atlas of Optical Phenomena). A Rayleigh-határnál mindkét pontforrás középpontja egybeesik a másik forrás első minimumával. Megjegyezzük, hogy mivel fehér fényforrást és nem lézert használunk, nem látunk annyi interferencia-maximumot és -minimumot az Airy-korongban, mint a képen (magyarázatért lásd az alábbi megjegyzést).
A Rayleigh-határ után tovább csökkenthető az apertúra, így a két forrás felbontása lehetetlenné válik. Így egy 1 hüvelyk átmérőjű “kémüveg” (vagy kis távcső) nem fogja felbontani a két pontszerű fényforrást, függetlenül attól, hogy milyen “erős” a nagyítás vagy az optika minősége.
Hogyan működik
A távcső1 Newton-távcső, amely egy 4 hüvelykes (10 cm) homorú főtükröt és egy lapos átlós szekunder tükröt használ. Egyenlítői szereléken és dedikált állványon ül. Okulár helyett egy CCTV kamerát2 használnak a kép videovetítésére.
A távcső elé saját állványra szerelt állítható íriszmembrán3 lehetővé teszi, hogy a távcső apertúráját 6 mm-ig lefelé bármilyen kívánt nyílásra csökkentse. A beállítás a két fényképen látható:
A két pontszerű fényforrás 20 méterre található az előadóterem leghátsó részén. Két alumíniumfóliába szúrt tűszúrásból vannak kialakítva. A tűlyukak átmérője 0,14 +/- 0,04 mm, távolságuk pedig 0,45 mm, középpontról középpontra. Az alumíniumfóliát egy 35 mm-es diatartó tartja, a fényt pedig egy Kodak Ektagraphic diavetítő biztosítja. A diavetítőben nincs lencse – a távcső közvetlenül a két tűlyukra fókuszál. A legfontosabb paramétereket az alábbiakban szemléltetjük:
A két fényforrás szögeltávolsága 2,5×10-5 radián. Ha ezt a szögeltávolságot a Rayleigh-féle szögfelbontási határértékkel, \(\theta = 1,22 {\lambda \over a}\) (ahol a a távcső apertúrája) egyenlővé tesszük, akkor kiszámítható az a legkisebb apertúra, amelynél a fényforrások még felbonthatók. Ha a hullámhossz 550 nm, akkor 2,7 cm-es apertúrát kapunk. A kísérlet kvantitatív módon megerősíti ezt az eredményt.
A felállítás
Mivel a rendszer teljes nagyítása nagy, a kép meglehetősen érzékeny a távcső rezgéseire. A probléma minimalizálása érdekében az állvány lábai 1″-vastagságú szorbotán négyzeteken ülnek (lásd a fenti fényképet). A Sorbothane alatt lévő vékony kartondarabok csökkentik a padlóval való súrlódást, így az állványt az igazításhoz meg lehet lökni.
A diavetítő egy magas DA-LITE projektor-állványon áll, amely az előadóterem hátsó falánál van elhelyezve. Mivel a távcső célzása és fókuszálása is nehéz a lyukfényforrásokra, egyszerűbb először a fókuszálási feladatot elvégezni. Ehhez helyezzen egy fénydobozt az állványra, és ragasszon rá áttetsző grafikus papírt. Helyezze el a fénydobozt úgy, hogy a grafikus papír ugyanott legyen, ahol a lyukkamerás dia lesz, amikor a projektor a helyén van. Most már könnyű a távcsövet a fénydobozra irányítani, és a grafikus papír megvilágított rácsmintázatára fókuszálni. Miután ezt megtette, helyezze vissza a fénydobozt a diavetítőre.
Nagyon fontos a diavetítő megfelelő beállítása, hogy a távcső “derékszögben” nézzen a diára. A következő technika jól működik. Tegyen egy hosszú gyújtótávolságú objektívet (használja a 9″ f/2,8 2×2 objektívet) a diavetítőbe, és célozza és fókuszálja a két tűszúrást a távcsőhöz közel elhelyezett fehér kártyán. Egy 2×4-es darab a projektor hátsó része alatt általában biztosítja a megfelelő mértékű dőlést. A beállítás után távolítsa el a lencsét.
A bemutató elvégzéséhez szükséges, hogy a demonstrátor ne csak a diavetítőt tudja be- és kikapcsolni az előadóterem elejéről, hanem – ami még fontosabb – a lyukfényforrások intenzitását is be tudja állítani. Ahogy a távcső nyílása kisebb lesz, kevesebb fény jut be, és a kép halványabbá válik. A kép általános fényerejének fenntartása érdekében a kivetítő lámpájának intenzitását ennek megfelelően növelni kell. Ehhez egy távvezérelhető triac lámpavezérlőt4 használunk, amelynek hosszú vezetéke az előadóterem elejétől a végéig ér. A másik végén lévő dugó a diavetítő hátulján lévő 2 lyukú lámpavezérlő csatlakozóba illeszkedik (az 5 lyukú diatávvezérlő csatlakozótól jobbra). A projektor kapcsolójának a FAN ONLY állásban kell lennie. 5
A kísérlet beállítása jelentős időt igényel. Ha csak 1/2 óra áll rendelkezésre az óra előtt, akkor intézkedni kell, hogy a berendezés minél nagyobb része a helyére kerüljön és készen álljon. Ezután a korlátozott időt a végső beállításokra fordíthatja.
Kommentárok és megjegyzések
Csak az elsőrendű minimum és maximum lesz jól látható. Ennek az az oka, hogy a látható spektrum hullámhossz-kontinuumából származó interferenciamintázatok szuperpozíciójáról van szó (Airy korongmintázat). Mindegyik mintának ugyanaz a központi maximuma, de a hosszabb hullámhosszakon a minta jobban eloszlik; ez elkeni a magasabb rendű maximumokat és minimumokat. Például a második pozíció, ahol a vörös fény esetében destruktív interferenciát kapunk, nagyon szorosan egybeesik a kék fény második maximumával (konstruktív interferencia). Továbbá a videokamera/projektor által reprodukált fényintenzitások korlátozott dinamikatartománya nagyon megnehezíti a magasabb rendek rögzítését anélkül, hogy a központi maximum teljesen telítődne.
1. Celestar 4 by Fecker
2. Panasonic WV-BP330 modell 1,25 Orion kombinált kameraadapterrel (T-gyűrű C-adapterre)
3. Rolyn Optics #75.0285 maximális rekesz = 120 mm, minimális = 6 mm ($272 1999-ben)
4. 600 W-os forgó dimmer (Grainger #4LX92)
4. 600 W-os forgó dimmer (Grainger #4LX92)