Наивные вопросы про спектроскопию

[Gleb1964]

на самом деле нет, это не отменяет моих возражений.
Сбои шага нарезки решетки вызывает появление "духов" - двойников спектральных линий. Сбой шага решетки это все равно, что смещение одного участка волнового фронта относительно другого. Надеюсь, это понятно, или нужно сопровождать иллюстрацией?
Еще одно возражение практического порядка - отражательные дифракционные решетки практически не подлежат чистке. Если у нас на производсве сборщик коснется дифракционной решетки пальцем - отмыть, протереть нельзя, решетку отсылают обратно изготовителю, они пытаются отмывать в ванночке с ульразвуком, но это не всегда проходит. Так что, выставлять отражающую решетку под открытым небом непрактично, это будет одноразовая попытка.
Еще одна, принципиальная разница, когда решетка не находится в системной апертуре, которая определяет светосилу оптической системы, а смещена относительно ее, - при таком случае световые пучки разных точек поля имеют разные области на решетке, для каждой точки используется не вся решетка, а только некая область на ней. Это случай GAIA.
Только, если решетка совпадает с плоскостью системной апертуры или ее изображения, только тогда вся всех полевых точек используется вся решетка, и область на решетке будет одна и та же для всех полевых пучков.

[voiserg]

Сбои шага нарезки решетки вызывает появление "духов" - двойников спектральных линий. Сбой шага решетки это все равно, что смещение одного участка волнового фронта относительно другого.

Так не надо сбивать шаги на одной решетке.
Берутся 100 правильных решеток с несбитыми шагами, направляющие коллимированные (параллельные) пучки на одно большое зеркало, в фокусе которого получается сумма 100 правильных спектров с разрешением и дисперсией как у каждой отдельной решетки.

Еще одно возражение практического порядка - отражательные дифракционные решетки практически не подлежат чистке. Если у нас на производсве сборщик коснется дифракционной решетки пальцем - отмыть, протереть нельзя, решетку отсылают обратно изготовителю, они пытаются отмывать в ванночке с ульразвуком, но это не всегда проходит. Так что, выставлять отражающую решетку под открытым небом непрактично, это будет одноразовая попытка.

Именно поэтому я не выставляю фото моей очень потертой жизнью дифрешетки (другой пока нет), а выставляю полученные на ней спектры. Однако, наличие тангенциального спектр-эффекта не зависит от потертости дифрешетки - зависит только возможность его достоверного обнаружения.

Насколько я понимаю, Вы работаете на космическое агентство и требование "руками не трогать" является ОБЩИМ требованием вашего производств, а не специфическим только для дифрешеток.

Еще одна, принципиальная разница, когда решетка не находится в системной апертуре, которая определяет светосилу оптической системы, а смещена относительно ее, - при таком случае световые пучки разных точек поля имеют разные области на решетке, для каждой точки используется не вся решетка, а только некая область на ней. Это случай GAIA.
Только, если решетка совпадает с плоскостью системной апертуры или ее изображения, только тогда вся всех полевых точек используется вся решетка, и область на решетке будет одна и та же для всех полевых пучков.

Не буду спорить насчет GAIA, хотя даже при наличии такого недостатка там удалось получить высокое разрешение.
А мой апертурный бесщелевой спектроскоп и предлагаемые аналогичные перспективные проекты относятся ко второму случаю.

[krussh]

наличие тангенциального спектр-эффекта

вы уже объясните наконец, что это такое? жутко интересно.

[voiserg]

При наличии тангенциальной скорости источника (относительно прибора-приемника) спектры в бесщелевом спектрометре с дифрешеткой в апертуре смещаются несимметрично - если в правом спектре смещение в красную сторону, то в левом спектре - в синюю (и наоборот).
Угловое расстояние между "одноименными" линиями спектра при этом не изменяется (если отсутствует радиальная компонента скорости  соответствующий доплеровский сдвиг).

[krussh]

При наличии тангенциальной скорости источника (относительно прибора-приемника) спектры в бесщелевом спектрометре с дифрешеткой в апертуре смещаются несимметрично - если в правом спектре смещение в красную сторону, то в левом спектре - в синюю (и наоборот).
Угловое расстояние между "одноименными" линиями спектра при этом не изменяется (если отсутствует радиальная компонента скорости  соответствующий доплеровский сдвиг).

а откуда берутся правый и левый спектр?

[Gleb1964]

Берутся 100 правильных решеток с несбитыми шагами, направляющие коллимированные (параллельные) пучки на одно большое зеркало, в фокусе которого получается сумма 100 правильных спектров с разрешением и дисперсией как у каждой отдельной решетки.

надо добавить так - 100 спектров для каждого объекта и для каждого порядка решетки, удовлетворяющему условию попадания в поле зрения системы. Будет просто месиво из спектров. Причем, если некоторые решетки будут практически выставлены в один волновой фронт, то получиться спектры будут когерентными и на них наложиться интерференция.
Собственно, "духи" решетки со сбоем это и есть результат интерференции слегка сдвинутых участков когерентных волновых фронтов.

Насколько я понимаю, Вы работаете на космическое агентство

это завуалированный вопрос, где я работаю? Нет, на космос я нынче не работаю, мы производим спектроанализаторы для многочисленных нужд народного хозяйства.

[voiserg]

а откуда берутся правый и левый спектр?

У меня - вот отсюда
Бесщелевой апертурный спектроскопический комплекс - БАССК
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=43091.msg562993#msg562993

[voiserg]

надо добавить так - 100 спектров для каждого объекта и для каждого порядка решетки, удовлетворяющему условию попадания в поле зрения системы. Будет просто месиво из спектров.

Это мы уже обсуждали выше и я привел пример GAIA где это "месиво" присутствует, но очищается фильтром до решетки и программными средствами после получения кадров.
Я тоже как на GAIA фиксирую только небольшой участок спектра, но в  оранжевой области натриевого дублета.

Причем, если некоторые решетки будут практически выставлены в один волновой фронт, то получиться спектры будут когерентными и на них наложиться интерференция.
Собственно, "духи" решетки со сбоем это и есть результат интерференции слегка сдвинутых участков когерентных волновых фронтов.

ПОнимаю так, что о невозможности такого совпадения Вы писали выше вообще для всех решеток (из предлагавшихся мной 100 и более), но допускаете для некоторых.
Хорошо, значит появится еще возможность изучить интерференцию спектров - а это тоже может дать полезную информацию (если совпадение только некоторых решеток даст достаточную мощность сигнала).
Я тоже хочу сделать такой спектр-интерферометр, но пока решетка одна и точности недостаточно.
Кстати, здесь мы вступаем в область звездных интерферометров - тоже весьма полезных и перспективных инструментов.
Меня интересовали эти вопросы, обсуждал это на Астрополисе от сих
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=9447.msg515356#msg515356
до сих
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=9447.40

[krussh]

У меня - вот отсюда

то есть это спектры первого и минус первого порядка?

[nolv]

надо добавить так - 100 спектров для каждого объекта и для каждого порядка решетки, удовлетворяющему условию попадания в поле зрения системы. Будет просто месиво из спектров. Причем, если некоторые решетки будут практически выставлены в один волновой фронт, то получиться спектры будут когерентными и на них наложиться интерференция.
Собственно, "духи" решетки со сбоем это и есть результат интерференции слегка сдвинутых участков когерентных волновых фронтов.

В статье "Adjustable mosaic grating mounts" G. A. Brealey, J. M. Fletcher, W. A. Grundmann, E. H. Richardson, SPIE 240, 225-228 (1980) описана оправа для решетки 30х60 см из 4-х решеток 15х30. Спектрограф, правда, щелевой. 
Наверняка мозаичные решетки сейчас не актуальны, но прецеденты были.

[voiserg]

то есть это спектры первого и минус первого порядка?

Да

Наверняка мозаичные решетки сейчас не актуальны, но прецеденты были.

Спасибо за прецедент.

[krussh]

то есть это спектры первого и минус первого порядка?

Да

и вы утверждаете, что тангенциальная составляющая будет вызывать разный сдвиг спектров в первом и минус первом порядке?

Наверняка мозаичные решетки сейчас не актуальны, но прецеденты были.

Были и есть. Большие решетки эшелле иногда так собирают.

[voiserg]

и вы утверждаете, что тангенциальная составляющая будет вызывать разный сдвиг спектров в первом и минус первом порядке?

Я утверждаю что тангенциальная составляющая скорости вызывает одинаковый по величине но противоположный по направлению сдвиг спектров в первом и минус первом порядке, наблюдаемый только в бесщелевых спектроскопах.
Эти сдвиги не связаны с изменением частоты света (как в эффекте Доплера).

[Gleb1964]

У меня - вот отсюда

то есть это спектры первого и минус первого порядка?

да, это очевидно. Возможно, разные диапазоны спектра в первом и минус первом порядке - на картинке выглядит так, что углы не равны.

если бы перед вашим 1,2 м телескопом поставили "зеркало" с панелями из дифрешеток (понятно, что тогда щелевые UFES или ANNA не нужны - нужна только матрица фотоприемника в фокусе)

я в своих возражениях исходил из вот этого исходного поста. Но немного попутал - у меня сначало создалось впечатление, что Вы предложили это сделать для китайского LAMOST, невнимательно прочел. Для плоского зеркала теоретически можно сделать блок решеток, и да, если штрихи выровнять, то они будут выровнены под любым углом просмотра. Думая о LAMOST, где переднее зеркало-целеуказатель не плоское, а является перестаиваемым под угол отражения корректором, то там, на нем сделать мозаику из дифрешеток с выравненным шагом было бы невозможно. Но Вы это и не предлагали, это мне просто показалось, вот я об этом аспекте и возражал.
Ну, а в случае GAIA вопроса "месива спектров" не стоит - решетка находится глубоко внутри, углы прихода света от источников на нее строго ограничены, есть фильтр, отсекающий высшие порядки - все как полагается. Там возможно наложение спектров от близких объектов на небе, но, поскольку GAIA многократно сканирует каждый участок неба и под разными направлениями, то возможно таки получить ориентации без наложения спектров.
Если же блок с решетками вынесен перед телескопом, то надо как-то контролировать многолучевую диаграмму приемного поля, а она становиться многолучевой после дифрешетки.

[voiserg]

Думая о LAMOST, где переднее зеркало-целеуказатель не плоское, а является перестаиваемым под угол отражения корректором, то там, на нем сделать мозаику из дифрешеток с выравненным шагом было бы невозможно. Но Вы это и не предлагали, это мне просто показалось, вот я об этом аспекте и возражал.

Здесь вижу аналогию с обсуждавшимся вопросом о необходимости коллиматора перед дифрешеткой.
Точно по теории - необходим, а на практике - Вы сами писали, что в определенных случаях можно и без него, если не выставлять планку требований слишком высоко.
Для LAMOST наверное тоже можно.
Я же могу добавить, что для LAMOST вовсе не обязательно заменять ВСЕ панели макрозеркала А на дифрешетки - можно для пробы поменять только несколько (например, сделать ряд диф-панелей по вертикали, как на GAIA) или вообще одну (хотя и одну панель размером более 1 м с дифрешетками наверняка придется делать мозаичной - опробовать это можно на 1,2 м телескопе в Коурово, а китайцев заинтересовать как будущих потребителей и нынешних спонсоров))

[Gleb1964]

Думая о LAMOST, где переднее зеркало-целеуказатель не плоское, а является перестаиваемым под угол отражения корректором, то там, на нем сделать мозаику из дифрешеток с выравненным шагом было бы невозможно. Но Вы это и не предлагали, это мне просто показалось, вот я об этом аспекте и возражал.

Здесь вижу аналогию с обсуждавшимся вопросом о необходимости коллиматора перед дифрешеткой.
Точно по теории - необходим, а на практике - Вы сами писали, что в определенных случаях можно и без него, если не выставлять планку требований слишком высоко.
Для LAMOST наверное тоже можно.

нет, здесь вы путаете то, что даже сходящийся пучок не делает решетку неэквидистантной, решетка в сходящемся или в сколлимированном пучке имеет один и тот же шаг.
Если же наложить на неплоскую поверность параллельные линии, то шаг линий будет меняться в зависимости от угла просмотра, и будет меняться неодинаково по поверхности.

[voiserg]

Если же наложить на неплоскую поверность параллельные линии, то шаг линий будет меняться в зависимости от угла просмотра, и будет меняться неодинаково по поверхности.

одна или несколько плоских панелей с дифрешетками на макрозеркале А в LAMOST картины не испортят, а ПОГОДУ могут сделать.
Если же обязательно нужно сохранить корректирующие свойства пластины, то ее можно сделать "оптимизированную" для конкретного угла - по аналоги решетки Роуланда.

[Gleb1964]

в целом гораздо практичнее получить уменьшенное во много раз изображение входной апертуры телескопа где-нибудь внутри системы, и тут уже, увеличив концентрацию света в зрачке (для точечных источников), разделить пучки на спектральные диапазоны и поля, и поставить дифракционные элементы вполне вменяемых размеров. Что, в общем-то, и делают.

одна или несколько плоских панелей с дифрешетками на макрозеркале А в LAMOST картины не испортят, а ПОГОДУ могут сделать.

это как - кусок зрачка выделить под дифракционную решетку? И что это будет в фокальной плоскости?

[voiserg]

в целом гораздо практичнее получить уменьшенное во много раз изображение входной апертуры телескопа где-нибудь внутри системы, и тут уже, увеличив концентрацию света в зрачке (для точечных источников), разделить пучки на спектральные диапазоны и поля, и поставить дифракционные элементы вполне вменяемых размеров. Что, в общем-то, и делают.

Но указанный мной тангенциальный эффект при этом пропадает из-за преобразований волнового фронта ДО дифрешетки - поэтому его до сих пор и не обнаруживали и не обнаруживают сейчас даже на GAIA, хотя там спектрометр тоже бесщелевой (но решетка не в апертуре, а после корректора-коллиматора).

это как - кусок зрачка выделить под дифракционную решетку? И что это будет в фокальной плоскости?

В фокальной плоскости управляемые фиберы будут искать соответствующие участки спектра.

И еще поясню вот это Ваше замечание по моему БАССК

Возможно, разные диапазоны спектра в первом и минус первом порядке - на картинке выглядит так, что углы не равны.

Нет, на картинке все изображено правильно - схема не симметричная в том смысле, что нормаль решетки направлена "вбок" от падающего с целостата пучка, а телескопы расположены симметрично относительно направления отражения дифрешеткой нулевого порядка, так что в каждый телескоп попадает один и тот же участок спектра в разных ветвях.

[Gleb1964]

указанный мной тангенциальный эффект

я так догадываюсь, что имеется неточность выставленных элементов - зеркала, решетки, ориентации штрихов и положений объективов. При ведении объектов тоже есть неточность, при которой луч после плоского зеркала приходит на дифракционную решетку слегка меняя угол падения к нормали решетки, вследствии чего меняется угол дисперсии. Поскольку Вы используете гидирующую систему, Вы имеете дело только с остаточной величиной эффекта - спектр вроде как поворачивается, причем, в противоположных порядках поворачивается в противоположных направлениях. Правильно я понял?