Наивные вопросы про спектроскопию

[voiserg]

вы же хотите свет в два разных порядка отправлять, в +1 и -1, вам лучше обычная голографическая решетка с синусоидальным профилем, я полагаю.

Да, я присматривался и к такому варианту, но не нашел решетки с необходимыми параметрами (размеры порядка 100х100 и больше, плотность 1200 штрихов или 600 для второго порядка), не говоря уже о цене.
Предполагаю, что "обычная" голографическая стоит дороже, чем "заточенная" GR170 100x102, 1200 штрихов/мм, за которую запросили 300$ в Поднебесной.
Так что пока работаю с тем, что досталось от Союза (хотя и это не даром).
Впрочем, недостатки "заточки" можно обратить в преимущества.
Собираюсь канале с первым порядком и телеобъективом МТО11 определять смещение по эффекту Доплера, а в канале со вторым порядком (и яркостью увеличенной благодаря "заточке") на Ньютоне 150/500 определять тангенциальный эффект, вычитая из полного смещения долю по Доплеру, полученному в первом.

[Gleb1964]

То, что Вы написали, относится именно к дифрешетке, и я написал выше, чем она качественно отличается от случая с рядом зеркал.

если постепенно увеличивать шаг штрихов решетки, выдерживая формулу \( 2sin( \gamma ) = kn \lambda \), а именно для этого придется наращивать по единице порядок \( k\) и уменьшать, в соответсвии с формулой, плотность штрихов решетки (плотность есть обратная величина от шага штрихов), то можно постепенно прийти к варианту "больших" плоских зеркал, расположенных ступеньками. Так вот, пока этих зеркал будет больше одного, скажем, хотя бы два, и ступенька между ними не будет превышать длины когерентности света, то между зеркалами будет картина интерференции, принципиально отличная от отражения от единичного зеркала. И ни при каком шаге не будет принципиального отличия от другого шага, будет непрерывная трансформация. Так что обойдемся без философии, сколько песчинок это уже "куча", или еще нет.
В частности, в направлении отражения по нормали к зеркальцам, спектр будет не непрерывный белый, как Вы говорите, а будет модулирован синусоидально. Естественно, это можно увидеть только на достаточном удалении, достаточном, чтобы пучки от отдельных зеркальц смешались из-за дифракции, либо перехватив пучки объективом и смешав в фокальной плоскости.
В направлении бывшего нулевого порядка тоже будет присутствовать свет, но очень мало, однако, существенно больше, чем от одиночного зеркала.

[Михаил Марычев]

В частности, в направлении отражения по нормали к зеркальцам, спектр будет не непрерывный белый, как Вы говорите, а будет модулирован синусоидально.

Верно, спектр исказится. Добавлю, что если мы задали какой-то фиксированный угол gamma, и увеличиваем период решётки так, что он становится на порядки больше характерной длины волны нашего рабочего спектрального диапазона, то тогда мы получим очень большие порядки дифракционных максимумов, причем максимумы соседних порядков будут наблюдаться для очень близко расположенных длин волн. Иначе говоря, указанная Вами синусоидальная "гребёнка" будет очень частой. Поэтому отражённый пучок будет восприниматься невооружённым глазом как белый. Полагаю, что именно это имел в виду voiserg.

[voiserg]

К сожалению, Глеб продолжает своими словами писать по сути то же, что писал я, при этом намекая на мою непонятливость и развивая курс на конфронтацию вместо поиска и развития общих мест ВЗАИМОпонимания.
Спасибо, хоть Марычев выступил третейским судьей:

Полагаю, что именно это имел в виду voiserg.

Да, именно это я имел в виду.

Так что обойдемся без философии, сколько песчинок это уже "куча", или еще нет.

Вопрос о том, когда количество наконец-то переходит в качество, иногда становится очень принципиальным.
Например, сколько наблюдений скольких звезд нужно произвести, чтобы тангенциальный спектро-эффект был признан достоверным ?

С другой стороны, совсем недавно сам Глеб писал:
есть ли принципиальная разница между щелевым и безщелевым спектрометрами?
нет никакой принципиальной разницы между щелевым и безщелевым спектрометрами.

а ysdanko утверждал, что одна щель полностью эквивалентна дифрешетке со множеством щелей (штихов, зеркал):

Вот все же не понятно, а чем вам щелевой спектрограф не угодил? Там на щели точно такие же процессы дифракции-интерференции, что и на щелях решетки и точно такие же спектры +/- m порядков.

Теперь сами же МНЕ доказываете, что это не так - отличие ЕСТЬ - хотя я писал об этом с самого начала.

Если же вернуться к обсуждаемому вопросу - сколько зеркал какой ширины в ряду дают "белый свет" как каждое отдельное зеркало или уже как одна дифрешетка - то думаю, что эшеле стоит как раз на границе раздела.
Если нет дополнительного "элемента перекрестной дисперсии", то эшеле-решетка отражает "белый свет" в том же направлении, что и каждое "маленькое зеркальце" - хотя при этом "белое" пятно растягивается в длину и структура спектра в каждой его точке становится "модулированной" вместо сплошной исходной.
С другой стороны,  в характерном и четко выделенном для густых дифрешеток нулевом порядке эшеле дает весьма слабое отражение, как и в направлении близлежащих спектров малых порядков.

В этом же контексте можно рассмотреть и проблему, с которой я столкнулся в своем спектроскопе, в котором рядом с выбранной линией спектра (дублет натрия 589 нм) нужно получить и "белое" изображение того же источника.
Если взять дифрешетку GR151, 600 лин/мм (период 1,67 мкм) с  Blaze angle=10,4*,  Blaze wavelength=600 нм, направить свет нормально к ее поверхности (под углом 10,4* к нормали штрих-зерал), то рядом с линиями дублета натрия (под углом нормальной дифракции к падающему по нормали свету) ХОТЕЛОСЬ БЫ увидеть "белое" отражение под углом 2х10,4=20,8* к падающему, как от одного отдельно взятого штрих-зеркальца. При масштабе дисперсии 0,125 А/пиксель это "белое" пятно должно располагаться на кадре всего на 80 пикселей "краснее" линий дублета.
Но этого не происходит, поэтому для получения "белого" изображения звезды рядом с линиями спектра мне приходится ставить дополнительное маленькое зеркальце перед дифрешеткой.

[voiserg]

Теперь хочу остановиться вот на этой подробности:

Так вот, пока этих зеркал будет больше одного, скажем, хотя бы два, и ступенька между ними не будет превышать длины когерентности света, то между зеркалами будет картина интерференции,

хотя это шаг в сторону от спектроскопии к интерферометрии.

В круг моих интересов входили интерферометрические эксперименты и наблюдения, в частности, небесных объектов
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=9447.20
При предварительной настройке  получал интерферо-картину от "белого" светодиода (ниже прилагаю).
Различить можно не более 20 полос от центральной, исходя из чего можно сделать вывод, что пространственная когерентность света не более 20 длин волн.
От условно "монохроматического" красного светодиода (не лазер) полос намного больше (покрывают все видимое поле)
Снимал на ч/б QHY5.

То, что эшеле-спектроскопы (сэлементом перекрестной дисперсии в добавок к решетке) хорошо работают с порядками 20-40 в свете звезд - это факт, доказывающий, что реальная когерентность света звезд больше, чем можно видеть на интерферо-картине, где линии исчезают не только из-за нарушения когерентности, но и из-за дисперсии - наползания "цветных" порядков один на другой, как на эшеле без элемента перекрестной дисперсии.

[voiserg]

Вот снимки в другом интерферометре цветной вэб-камерой белого и красного светодиода




На белом видно быстрое наползание цветных порядков друг на друга.
Я делал эти интерференционные кадры, расфокусировав изображение (иначе получилось бы просто светлое пятно в фокусе). Интерферометр со всеми зеркалами был перед апертурой телескопа.

[voiserg]

Теперь поставлю два вопроса.
1. Что получится, если после интерферометра поставить дифрешетку и посмотреть на это в телескоп ?
Я этого пока еще не делал, но предполагаю, что получится обычный спектр, как при отсутствии интерферометра.

2. Что получится, если свет сначала пустить на дифрешетку, использовав ее как разделяющее полупрозрачное зеркало в интерферометре, а потом сложить (проинтерферировать) получившиеся ветви спектра (соблюдая одинаковый ход лучей и складывая однохромные синие и красные части соответственно) ?
Я этого пока еще тоже не делал, но полагаю, что должен получиться проинтерферировавший "полосатый" спектр (конечно же при наличии небольшой разбалансировки, как это обычно есть в интеферометрах для получения полос).

Это я насчет принципиальной разницы при перестановке последовательности частей прибора, как я делаю в своем бесщелевом спектроскопе, устанавливая дифрешетку в апертуре телескопа, до преобразования волнового фронта света, для получения тангенциального спектро-эффекта..

[Gleb1964]

С другой стороны, совсем недавно сам Глеб писал:
есть ли принципиальная разница между щелевым и безщелевым спектрометрами?
нет никакой принципиальной разницы между щелевым и безщелевым спектрометрами.

а ysdanko утверждал, что одна щель полностью эквивалентна дифрешетке со множеством щелей (штихов, зеркал):

Вот все же не понятно, а чем вам щелевой спектрограф не угодил? Там на щели точно такие же процессы дифракции-интерференции, что и на щелях решетки и точно такие же спектры +/- m порядков.

Теперь сами же МНЕ доказываете, что это не так - отличие ЕСТЬ - хотя я писал об этом с самого начала.

так именно, есть принципиальное отличие между данными щелями. Апертурная щель заполнена когерентным светом, поэтому работает как дисперсионный элемент, щель в фокальной плоскости просто ограничивает размер изображения источника, составленное из некогерентных между собой точек. В этом принципиальная разница - некогерентные точки просто складывают интенсивности, когерентные точки складываются с учетом амплитуды и фазы, поэтому имея зависимость от длины волны.
А вообще меня совсем не тянет на конфронтацию, но принципиальные моменты я буду отстаивать.

[voiserg]

Апертурная щель заполнена когерентным светом, поэтому работает как дисперсионный элемент, щель в фокальной плоскости просто ограничивает размер изображения источника, составленное из некогерентных между собой точек.

ПРи этом "фокальная" щель стоит ПОСЛЕ апертурной "щели" и в каждый момент времени заполняется КОГЕРЕНТНЫМ светом этой апертурной щели (с соблюдением равного расстояния и времени хода света в промежутке между ними) -  непонятно, откуда берется НЕкогерентность в фокусе, если ее не было перед ним.

Но я не буду на этом сосредотачиваться, потому что меня тоже не тянет на конфронтацию, но СВОИ принципиальные моменты я тоже буду отстаивать.
В частности, "фокальная" щель в спектроскопе становится единственным источником света - неподвижным - для последующей части схемы.  Поэтому дифрешетка в щелевом спектроскопе способна отображать только изменения частоты света на "фокальной" щели при ее движении относительно первичного источника света-звезды.
А дифрешетка в апертуре - это множество щелей, при движении формирующих кроме эффекта Доплера (по частоте или длине волны) еще и тангенциальный эффект (по эффективному периоду решетки), как я это показал соответствующими расчетами
doc. - https://drive.google.com/open?id=10bt1NNHOysFx_Jw-dENTXqHy5w46VMbi
pdf. - https://drive.google.com/open?id=1RJ2aZIpF5iL8S3iIVOqKpUuPxVRgepaM
и подтверждаю соответствующими наблюдениями (хотя того и другого пока маловато)

[Gleb1964]

В этом же контексте можно рассмотреть и проблему, с которой я столкнулся в своем спектроскопе, в котором рядом с выбранной линией спектра (дублет натрия 589 нм) нужно получить и "белое" изображение того же источника.
Если взять дифрешетку GR151, 600 лин/мм (период 1,67 мкм) с  Blaze angle=10,4*,  Blaze wavelength=600 нм, направить свет нормально к ее поверхности (под углом 10,4* к нормали штрих-зерал), то рядом с линиями дублета натрия (под углом нормальной дифракции к падающему по нормали свету) ХОТЕЛОСЬ БЫ увидеть "белое" отражение под углом 2х10,4=20,8* к падающему, как от одного отдельно взятого штрих-зеркальца. При масштабе дисперсии 0,125 А/пиксель это "белое" пятно должно располагаться на кадре всего на 80 пикселей "краснее" линий дублета.

Если свет направлен по нормали к диф.решетке, то нулевой порядок отражается обратно, по тому же направлению. В направлении 20.8 градусов "белого" света нет и быть не может (если определить белый свет как начальный, ничем не промодулированный спектрально, состав света). Конкретно, для описанной Вами конфигурации, под углом 20.8 градусов пойдет свет 591.8нм в 1-м порядке, 295.9нм во втором и т.д. (делите длину волны первого порядка на величину высшего порядка). Однако интенсивности в высших порядкаx будут быстро убывать, потому можно ограничиться первым порядком.

[voiserg]

Спасибо, что Вы в очередной раз подтвердили написанное мной ранее:

... ХОТЕЛОСЬ БЫ ...
Но этого не происходит, поэтому для получения "белого" изображения звезды рядом с линиями спектра мне приходится ставить дополнительное маленькое зеркальце перед дифрешеткой.

[nolv]

Уважаемый модератор раздела!
В связи с тем, что поднятая ув. vioserg тема очень объемна, а продвигаемая им теория противоречит общепринятым принципам современной физики, и совершенно не соответствует заголовку прошу рассмотреть возможность выделения постов ув. vioserg и ответов на них в отдельную тему.

С уважением.

[voiserg]

Уважаемый nolv.
Конкретизируйте, пожалуйста, ГДЕ в моих расчетах ВЫ узрели "противоречит общепринятым принципам современной физики"
doc. - https://drive.google.com/open?id=10bt1NNHOysFx_Jw-dENTXqHy5w46VMbi
pdf. - https://drive.google.com/open?id=1RJ2aZIpF5iL8S3iIVOqKpUuPxVRgepaM
?
И почему нужно выносить другие, побочные вопросы по спектроскопии, которых я тут тоже задал немало (и ответил тоже) ?
К тому же, в ЭТОЙ теме я не продвигал своей физической теории, а делал упор на изготовленный мной hand made спектроскоп и другие мои поделки, указывая полученные практические результаты, что вполне соответствует разделу.

[Gleb1964]

Длина когерентности определяется степенью монохроматичности света \( \frac{ \delta \lambda } { \lambda } \). Для обычных, термальных источников света, длина когерентности в видимом диапазоне не превышает 1-3м, на больших длинах фаза некоррелирована. Это соответствует времени корреляции на уровне \( 10^{-8} \text{s} \).
Что касается лженаучных ссылок - я за то, чтобы их удалять и пресекать, как это делают на dxdy

[voiserg]

Что касается лженаучных ссылок - я за то, чтобы их удалять и пресекать, как это делают на dxdy

Глеба тоже прошу конкретизировать перечень "лженаучных ссылок".
Также прошу Глеба указать источник, откуда он взял

Для обычных, термальных источников света, длина когерентности в видимом диапазоне не превышает 1-3м,

по умолчанию означающее, что когерентность может достигать указанной величины,
а также сообщить где и как между апертурой телескопа и  последующей щелью спектроскопа возникает разность хода, достигающая 1-3 метра, чтобы когерентный свет в апертуре стал некогерентным в щели.

Я же беру перерыв, чтобы страсти улеглись, а в это время написать очередную страницу танго-спектроскопической повести, проиллюстрировав картинками.

[Михаил Марычев]

чтобы когерентный свет в апертуре стал некогерентным в щели

Насколько я понимаю, здесь дело не в некогерентности падающего на такую щель света (если оценивать её по степени монохроматичности, то она такая же, как и до объектива), и не в разности хода в 1-3 м (негде ей тут взяться), а в том, что на каждую точку в плоскости щели от объектива падает сходящийся пучок лучей, который можно представить как суперпозицию плоских волн, падающих на щель под разными углами. Каждая такая плоская волна позади щели даст свою дифракционную картину, но угловые координаты дифракционных максимумов и минимумов для них совпадать не будут. Они не будут совпадать также и для различных длин волн. И так для каждой точки щели. То есть, итоговая картина будет ещё "хуже", чем за счет низкой монохроматичности. Соответственно, такая щель будет работать для дальнейшей части схемы как обычный некогерентный источник.

[Gleb1964]

Что касается лженаучных ссылок - я за то, чтобы их удалять и пресекать, как это делают на dxdy

Глеба тоже прошу конкретизировать перечень "лженаучных ссылок".
Также прошу Глеба указать источник, откуда он взял

Для обычных, термальных источников света, длина когерентности в видимом диапазоне не превышает 1-3м,

по умолчанию означающее, что когерентность может достигать указанной величины,
а также сообщить где и как между апертурой телескопа и  последующей щелью спектроскопа возникает разность хода, достигающая 1-3 метра, чтобы когерентный свет в апертуре стал некогерентным в щели.

Я же беру перерыв, чтобы страсти улеглись, а в это время написать очередную страницу танго-спектроскопической повести, проиллюстрировав картинками.

Я, откровенно говоря, не считаю себя настолько знающим физику, чтобы определять "лженаучность", но Вашего "подхода" я, извиняюсь, не понимаю. У меня логика зашкаливает уже на Вашем вступительном изложении, поэтому не хочу лезть в эти Ваши ссылки. Если эта Ваша "теория" была бы подтвержденной и входила бы в учебники - тогда слов нет, учил бы. А так уж, увольте, времени на это нет.
По поводу длины когерентности - оно напрямую связано со временем жизни атомов в возбужденном состоянии. В достаточно разреженной среде атомов, когда нет столкновительного механизма уширения линий, времена жизни доходят до \( 10^{-8} \text{s} \), умножая на скорость света, получаем 3м. На большей длине корреляция отсутствует. На меньшей длине корреляция еще возможна.

[Gleb1964]

а также сообщить где и как между апертурой телескопа и  последующей щелью спектроскопа возникает разность хода, достигающая 1-3 метра, чтобы когерентный свет в апертуре стал некогерентным в щели.

Вы в курсе, что любой естественный светящийся объект излучает совокупность случайных актов излучения, некогерентных между собой и, соответственно, не интерферирующих. Если объект на небе разрешен телескопом, то каждая точка изображения некогерентна с другой. Поэтому эти разные точки между собой нельзя заставить интерферировать. И на полевой щели спектрометра разные точки щели освещены некогерентым между собой светом.
Зато апертура телескопа, от каждого неразрешенного на небе источника, заполнена когерентным светом, который может интерферировать. В него можно внести разность фаз, и наблюдать интерференцию, как это делают в интерферометрах. Но для того, чтобы можно было наблюдать интерференцию размеры источника и его спектральный диапазон должны быть ограничены. Можно сужать спектральный диапазон, и наблюдать интерференцию на все большей разнице хода. Но есть предел - максимально возможная длина когерентности, определяемая естественной шириной спектральных линий, о чем я приводил ссылку в предыдущем посте.
Не вижу логики в вопросе

где и как между апертурой телескопа и  последующей щелью спектроскопа возникает разность хода, достигающая 1-3 метра

, я вообще не об этом писал.
Да, к чему я это писал - при наблюдении интерференционных полос, которые Вы приводили, каждая следующая полоса - это более высокий порядок интерференции, соответствующий все большей разности хода. Так вот, количество полос, доступных к наблюдению, определяется монохроматичностью света (об этом я уже упоминал). А далее есть пределы определенные временем жизни возбужденных атомов, которые в видимом диапазоне не позволяют длину когерентности более 1-3м. Менее - пожалуйста, если атомы в плотной горячей среде часто соударяются, то длина когерентности излучения может быть значительно короче. Т.е. излучение будет состоять из более коротких цугов волн, и это уже никак не лечиться, никакими фильтрами.

[voiserg]

Выяснилось, что Глеб своими словами опять писал по сути то же самое, что писал я.

Вы в курсе, что любой естественный светящийся объект излучает совокупность случайных актов излучения, некогерентных между собой и, соответственно, не интерферирующих.

Давно в курсе.

апертура телескопа, от каждого неразрешенного на небе источника, заполнена когерентным светом, который может интерферировать.

Это те самые плоские волны света от звезд в апертуре, которые не подверглись преобразованиям волнового фронта.

Если объект на небе разрешен телескопом,

то это то самое изображение в  фокусе, которое получается после преобразований волнового фронта.

Это ОБЩИЕ точки соприкосновения.
Дальше сопоставлять не буду, чтобы не раздувать конфронтацию.

[voiserg]

Я, откровенно говоря, не считаю себя настолько знающим физику, чтобы определять "лженаучность", но Вашего "подхода" я, извиняюсь, не понимаю. У меня логика зашкаливает уже на Вашем вступительном изложении, поэтому не хочу лезть в эти Ваши ссылки.

Перефразирую известный анекдот:
Ложки НЕ нашлись и неприятный осадок остался.

Если эта Ваша "теория" была бы подтвержденной и входила бы в учебники - тогда слов нет, учил бы.

Со времени работы Ангстрема
"О новом определении длины волн света, а также о методе оптического определения поступательного движения Солнечной системы" (1865).
http://ether-wind.narod.ru/Angstrem_1865/
прошло уже полтора века, но никто кроме него не решал задачу о дифракции на движущейся решетке, вплоть до моего решения.
Поэтому не удивительно, что задачи о дифракции на движущейся решетке нет в учебниках, тем более, что Ангсрем решал ее на основе теории эфира .
Можете по этой причине относить ссылку на работу Ангстрема к лженаучным (хотя давно известно, что в первом порядке эфирные и релятивистские решения одинаковые), тем более что в свободном доступе она выставлена на сайте эфиристов (я не знаю, где ее еще взять уже с переводом).
Я с решением Ангстрема не согласен, поэтому дал первое НЕэфирное решение этой задачи, в которой старался не использовать никакой альтернативной отсебятины (надеюсь, что мне это удалось и решение правильное).


Задачу об отражении от движущегося зеркала тоже не часто встретишь у учебниках (лично я таких учебников назвать не могу), хотя ее до конца (то есть с возвратом в исходную систему с движущимся зеркалом) решал Эйнштейн в знаменитой работе 1905 г.
У Вас его логика не зашкаливает ?
Мог бы повторить, что эту же задачу о движущемся зеркале решали с эфирных позиций Курвуазье и Харнак, и получили решение, совпадающее с релятивистским не только в первом порядке (что не удивительно), но и во втором.
Ссылки давать не буду ввиду "лженаучности" (но если интересуетесь, сможете найти сами).