Patrón de difracción estenopeico perfecto con franjas nítidas utilizando un láser de 632 nm

Esta imagen es el patrón de difracción de Fraunhofer (campo lejano) de una apertura circular. He etiquetado los principales problemas que veo a continuación.

En el medio, la imagen se está saturando, es decir, la ganancia de la cámara es demasiado alta. Sugiero que lo primero que debe hacer si aún no lo ha hecho es encontrar un software gratuito para convertir la imagen de la cámara en un campo de intensidades 2D. Muchas cámaras son bastante lineales, por lo que el nivel de brillo de gris de cada píxel es bastante proporcional a la intensidad de la luz. Una vez que tenga las intensidades de la imagen, puede ver fácilmente la saturación (los picos chocan con la intensidad máxima) y otros efectos no ideales y usar este conocimiento para ajustar su medición.

Sugeriría que las ondas de alta frecuencia que está viendo son extremadamente pequeñas y es poco probable que se deshaga de ellas. Supongo que estas ondas son lo que quieres decir con "aberración". Cuando reduzca la ganancia de la cámara para que el pico central no se sature, estas ondas serán muy pequeñas. Aunque puedan parecer preocupantes, intente tomar una sección transversal a través de ellos con su software de análisis de imágenes y verá que su amplitud es muy pequeña en comparación con la intensidad del lóbulo principal. El ojo humano y el sistema del sitio son exquisitamente sensibles a patrones como este, por lo que una interferencia como esta suele parecer mucho peor de lo que realmente es. Creo que estas ondas provienen de un dispersor de puntos en algún lugar cerca de un plano de Fourier del sistema, es decir

Una vez que haya configurado correctamente la ganancia de la cámara, debería buscar la distribución de intensidad de la función Airy discutida en la sección 8.5.2 de Born and Wolf "Principios de la óptica". La sección se llama "la apertura circular". Tome una sección transversal a través del pico y debería estar buscando la siguiente distribución de intensidad:

$I(r) = \left(\frac{2\,D\,J_1\left(k\,a\,\frac{r}{D}\right)}{k\,a\,r}\right)^2$

dónde$D$es la distancia entre el agujero de alfiler y el plano de imagen,$r$la coordenada radial en el plano de imagen,$a$el radio del agujero de alfiler,$k$el número de onda de espacio libre de la pregunta de luz y$J_1$la función de Bessel de primer orden de primera clase. Consulte a continuación la definición del símbolo.

He trazado a continuación lo que teóricamente debería estar viendo; como se puede ver los lóbulos laterales son de muy pequeña intensidad en comparación con el pico central. El comando de Mathematica que usé para trazar esto fue DensityPlot[(2 BesselJ[1, Sqrt[x^2 + y^2]]/ Sqrt[x^2 + y^2])^2, {x, -10, 10 }, {y, -10, 10}, PlotRange -> Todos, PlotPoints -> 200]. El argumento en cada eje era la variable$k\,a\,\frac{r}{D}$.

Aparte de la sobremarcha (saturación), las imperfecciones que ves son motas de láser. Es un efecto de interferencia producido por imperfecciones dentro de su láser, que posiblemente involucre algo de polvo o reflejos. Si usa láseres de diodo baratos, casi siempre obtendrá algunos de estos, incluso desde el chip láser desnudo.

Hay un truco para limpiar su rayo: enfóquelo en un punto pequeño y use un agujero de alfiler del tamaño adecuado para usar solo la broca que corresponde al TEM$_{00}$modo. Todas las (pequeñas) imperfecciones estarán espacialmente separadas en el plano focal. La configuración es un poco más complicada de lo que tiene porque, para ser efectivo, necesitará usar no solo una lente adecuada (o, más probablemente, múltiples lentes) y uno de sus pequeños agujeros. Debido a que la posición del agujero de alfiler es tan crítica, necesitará una etapa de traducción, idealmente en tres ejes. Pero el resultado lo vale; los hológrafos usan este truco para librar su arte de artefactos similares.