impuls van foton meten

[ukster]

Naar mijn inzicht bestaan de volgende methodes:

1)
Met een Michelson interferometer (spiegel arm 8 cm massa 1 gram) met laser:
1 mW: verplaatsing <1 nm niet meetbaar.
1 W: verplaatsing ~ 27 nm (nauwelijks meetbaar, men heeft Ligo nodig + massa om te dempen + langere arm)
10 W: verplaatsing ~ 270 nm goed meetbaar laser vermogen is hoog en gevaarlijk (echter demping nodig tegen trillingen).

2)
Opstelling "Nichols radiometer" ik weet de settings niet maar ik schat:
100 W: geschatte verplaatsing ~2,7 um meetbaar met wijzer schaalverdeling (bij veerbelasting 1 gram en arm 8 cm).
https://en.wikipedia.org/wiki/Nichols_radiometer

Wat dat betreft is het in free space een stuk eenvoudiger om een indirecte meting van fotonmomentum van een bekende golflengte uit te voeren. (+ enkele berekeningen)
De stralingsdruk veroorzaakt door bijvoorbeeld een laser veroorzaakt daar een versnelling van de
laser+ payload (actie=reactie) en dus een afgelegde weg na een bepaalde tijd.

Laser 1233 keer bekeken

[OOOVincentOOO]

Mooie berekening maar ik snap de praktische implementatie niet. Hoe wil je dat pratisch verwezenlijken? De minste weerstand werkt toch tegen?

Volgens mij dienen ze sataliet banen te compenseren op dergelijke wijze. Maar ben niet helemaal zeker.

[ukster]

Ik weet niet precies hoe het zit met weerstand in de ruimte, ik dacht nul!
Maar ik kan me wel voorstellen dat (na correctie en compensatie) het een onderdeel zou kunnen zijn van enkele praktisch uitvoerbare experimenten!

[OOOVincentOOO]

Dankjewel. Eerst begreep ik niet dat het werkelijk in vacuum was. Nu begrijp ik het woord free space. Excuses.

Qua weerstand in free space weet ik niets. Ik dacht ergens wel iets te hebben van straling druk op satellieten.

Andere vraag. Weet jij waarom materiaal eerder verdampt/smelt dan mechanisch vervormt bij laser? Dat was nog een vraag van mij enkele posts terug.

[HansH]

Brownse bewegingen, monolaagjes water, meskantscharnieren, betere slinger, optimalisatie duty cycle; het heeft allemaal weinig zin om uit te zoeken als het zelfs niet lukt het spiegeltje in deze vrij plompe testopstelling (8 mm breed alufolie van 10 cm lang aan een spiegeltje van 1,5 gram) voldoende stil te krijgen op de meest trillingarme plek in mijn huis.

Ik blijf het nog even proberen, maar heb er de nodige scepsis bij.

Volgens de berekening van 000vincent000 kom je op ca 27 nm uitwijking tgv 1 contunue laserstraal van 1 watt. maar met een slinger met 50% dutycycle komt daar dus elke slingerperiode 27nm bij en de maximale uitwijking wordt dan alleen bepaald door wrijving. De vraag is dus wat de maximale uitwijking dan wordt. als dat veel meer wordt dan de golflengte van het licht dan kun je een interferentie meten waarbij je meerdere knopen en buiken krijgt. dus dan kijk je niet naar delen van een golflengte maar naar meerdere golflengten. die methode kan ook werken als verstoring hebt van meer dan 1 lichtgolflengte. Dus lijkt me dat je dan eerst zou moeten zien te bepalen wat haalbaar is qua wrijving. Vandaar mijn opmerking eerder .

[ukster]

Ik weet niet precies hoe het zit met weerstand in de ruimte, ik dacht nul!
Maar ik kan me wel voorstellen dat (na correctie en compensatie) het een onderdeel zou kunnen zijn van enkele praktisch uitvoerbare experimenten!

Je vraag doet me denken aan die blikseminslag in een boom in Rijswijk
instant verdamping en uitzetting van het boomvocht ten gevolge van een temperatuur hoger dan op onze zon veroorzaakt ontploffing (vervorming)
Bij een laser iets gelijkaardigs lijkt me (hoge energieconcentratie)

[Michel Uphoff]

Vannacht in alle rust in de serre geprobeerd om de gewenste interferentieringen:



te verkrijgen. Maar het spiegeltje hangt ook 's nachts onvoldoende stil om een bruikbaar interferentiepatroon op te leveren. Ik ga nog wel eens kijken of ik het met een torsiebalansje op kan lossen. Maar tot nu toe is de conclusie inderdaad dat de impuls van een foton met eenvoudiger middelen in de praktijk niet meetbaar blijkt.

[HansH]

Dus die interferentie was niet van jouw opstelling?

[Michel Uphoff]

Jawel, maar met gefixeerd spiegeltje.

10 W: verplaatsing ~ 270 nm goed meetbaar laser vermogen is hoog en gevaarlijk (echter demping nodig tegen trillingen).

Met de laser wordt alleen de interferentie gemeten, de lichtbron die het alufolie in vacuüm weg zou moeten drukken is de Zon en die geeft op de geplande 1 dm² ongeveer 10 watt instraling:

Bij een velletje alufolie van 10 bij 10 cm (1/100 mm dik) dat aan twee superdunne draadjes van 25 cm hangt kom ik bij plaatsing in het volle zonlicht (fotondruk ongeveer 10 µN per m2) op iets meer dan 1/100 mm verplaatsing, dat is ruwweg 20 golflengten van de laser, dus 40 donker/licht verschuivingen in het fringepatroon.

[HansH]

Je zou het zonlicht nog kunnen bundelen met een brandglas. Dan kan je spiegeltje veel kleiner, bv 1 x 1 cm met dezelfde lichtdruk. hoe groot is de wrijving van die 2 draadjes vergeleken met een messcharnier? zo kun je bij elkaar nog een behoorlijke factor verbetering krijgen volgens mij. 40 donker-licht verwchuivingen is al goed meetbaar lijkt mij, bv met een oscilloscoop.

[OOOVincentOOO]

@Michel Uphoff,

Hoeveel watt is jouw laser? 10 W is een behoorlijk sterke laser en kan je volgens mij mee lasersnijden. Zo aan de hand van jouw foto (met telefoon camera) denk ik aan 50-100 mW.

[Michel Uphoff]

Ruim 500 mW, althans dat consumeert hij zo ongeveer bij 2,75 V en 200 mA.
Maar meestal gebruik ik hem op zo'n 50% bij 2,5 V en 100 mA, dan is hij al fel genoeg voor een flink groot fringespatroon van mijn interferometer.

Maar ik ga hier dus niet verder mee, want zinloos.

[OOOVincentOOO]

Lijkt mij te weinig power <1 W naar mijn inzicht. Enkele nanometer deflectie max. 30 nm denk ik.

Heb je geen zin in een Nichols met 100W lamp focusseren? Nichols opstelling lijkt mij prachtig als ik de spullen had.

[Xilvo]

Lijkt mij te weinig power <1 W naar mijn inzicht. Enkele nanometer deflectie max. 30 nm denk ik.

Michel gebruikt de laser alleen om te meten, niet als bron voor stralingsdruk.

Heb je geen zin in een Nichols met 100W lamp focusseren? Nichols opstelling lijkt mij prachtig als ik de spullen had.

Je kunt het vermogen niet onbeperkt opvoeren. Het schermpje, in vacuum, moet geabsorbeerde energie ook weer kwijt kunnen. Als je 10% van die 100 W absorbeert op een schermpje van een vierkante centimeter kom je dicht bij het smeltpunt van aluminium.

[OOOVincentOOO]

Hallo Xilvo/Michel,

Wat begrijp ik dan verkeerd aan de opstelling?

Is er dan een andere lichtbron geplaatst rechts van de spiegel in het kamertje (die staat dan niet op de foto)?

Zijn er dus twee spiegels? Een voor laser "links" en een spiegel aan andere zijde "rechts" voor andere sterkere lichtbron?

Dan is het plausibel mits de trillingen beheerst kunnen worden. Indien zo zou een lichtbron met 10 W licht vermogen (gefocuseerd op spiegel) voor ~ 270 nm (arm 8 cm, 1 gram massa uiteinde) verplaatsing theoretisch meetbaar mogelijk met Michelson zou ik zeggen.