Fabry–Pérot за несколько десятков долларов: зеркало ездит на динамике на 325 нм
Зеркало на диффузоре обычного динамика в проекте 3D Printed Optical Cavity проходит заявленные 325 нм и переводит резонатор Fabry–Pérot к соседней продольной моде для лазера 650 нм. Печатная tip/tilt-механика собрана вокруг шарикоподшипника, двух винтов и резинового преднатяга. Главный вопрос конструкции лежит в повторяемости такого привода и стабильности полости на плоских зеркалах.
Проект 3D Printed Optical Cavity предлагает сканируемую полость Fabry–Pérot, собранную на 3D-печатной оптомеханике. Заднее полупрозрачное зеркало закреплено на диффузоре динамика и перемещается синусоидальным сигналом. Автор указывает амплитуду 325 нм при работе с красным лазером 650 нм.
Эта величина следует из геометрии линейного резонатора. Условие резонанса записывается как 2L = mλ, поэтому приращение длины полости на λ/2 переводит систему к следующей продольной моде. Для излучения с длиной волны 650 нм шаг составляет 325 нм. На этом ходе интенсивность прошедшего или отражённого света должна пройти через резонансный максимум, если зеркала достаточно хорошо соосны и длина полости не уходит из-за вибраций и температурного дрейфа.
В оптической части применены два плоских front-surface зеркала с заявленным отражением 50%. Такая пара даёт сравнительно широкий и контрастный резонанс, удобный для демонстрации сканирования, однако не обещает высокую finesse. Плоские зеркала предъявляют жёсткие требования к углу: небольшой tip/tilt быстро уводит луч из области перекрытия после нескольких проходов. Поэтому механика юстировки здесь определяет практическую работоспособность сильнее номинального хода динамика.
Каждое зеркало установлено в печатный узел, поворачивающийся вокруг шарикоподшипника. Два винта 6-32 задают наклон по двум осям, резинка создаёт постоянный преднатяг. Автор отмечает, что термовставки с металлической резьбой дали более точную регулировку, чем винты, вкрученные непосредственно в пластик. Для такой схемы это существенная деталь: люфт, ползучесть полимера и изменение натяга превращаются в угловой дрейф, который полость на плоских зеркалах переносит плохо.
Свет вводится через FC/UPC-волокно, рассчитанное на телекоммуникационный диапазон 1550 нм и имеющее сердцевину около 9 мкм. На 650 нм такое волокно поддерживает несколько пространственных мод, поэтому выходной профиль зависит от запуска, изгибов и механических возмущений. При этом волоконный участок всё же формирует луч заметно лучше, чем прямой выход дешёвого лазерного диода, и упрощает юстировку полости.
В опубликованной установке выход наблюдается на бумажной мишени с веб-камерой. Фотодиодный измерительный канал и его электрическая схема пока не раскрыты. Открыто выложены STL-файлы печатных деталей, STEP-сборка и DXF мишени, поэтому конструкцию можно воспроизвести и доработать под фотодетектор, замкнутую стабилизацию длины либо более жёсткий актуатор.
Заявленные 325 нм пока остаются результатом автора: метод калибровки, погрешность, линейность хода и спектр механических резонансов динамика не опубликованы. Также отсутствуют измерения finesse, ширины линии, свободного спектрального диапазона и температурного дрейфа. Установка уже годится для наглядной физики резонатора и экспериментов с юстировкой, а переход к измерительному прибору потребует датчика положения, фотоприёмника с известной полосой и калибровки оптического отклика.