Наивные вопросы про спектроскопию

[Mарат]

Это-то что-то интересное... Даже необъяснимое

Понятия не имею,но проявляются не всегда.

[nolv]

Друзья, нужен совет.

Хочу попробовать построить аналогичные графики для астрономических фильтров: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,68257.msg1860118.html#msg1860118
Я читал, что расчетно такие графики получить нельзя, надо строить их по измерениям, поэтому даже какой-то практический смысл в их построении есть.
Наклонять фильтр не буду, проще и ближе к реальному применению пропускать через него поток света f/4-f/10.
В том, что по полосе пропускания измерения будут точные, сомнений нет, я полосу уже измерял. Но вот по определению светового потока (это для вычисления пропускания фильтра) есть у меня сомнения.

Схему нарисовал на картинке. План измерений такой:
- для f/4 снимаю калибровочный спектр;
- без фильтра снимаю серию кадров спектра лампы накаливания (например 5 шт.)
- снимаю дакрки и офсеты
- калибровочный спектр
- ставлю фильтр и снимаю серию кадров со спектром пропускания фильтра
- калибровочный спектр
- ставлю на объектив коллиматора диафрагму f/10 и повторяю измерения

Как думаете, работоспособная схема? Получится правильно посчитать пропускание фильтра? Может что-то я не учел или есть какие-то тонкости? Надо что-то добавить или поменять?

[Gleb1964]

Если как по рисунку, то камера будет смотреть нулевой порядок, угол падения равен углу отражения. А нужно направить на какой нибудь из дифракционных порядков.

Далее, системная апертура оптимально расположена на дифракционной решетке, там все еще сечение пучка единое для всех длин волн и порядков, а вот после решетки порядки и спектры расходятся все шире. Соответственно, линза на камере должна быть достаточно большой, чтобы избежать виньетирования и перехватывать веер пучков для спектра какого-то одного выбранного для наблюдения дифракционного порядка.
Хорошо, если решетка расположена в переднем фокусе линзы камеры (расстояние от решетки до линзы равно фокусному расстоянию), тогда реализуется телецентрический ход лучей перед приемником.

[lx75]

Похожий проект.
http://astro-talks.ru/forum/viewtopic.php?f=21&t=4255

Хорошо, если решетка расположена в переднем фокусе линзы камеры (расстояние от решетки до линзы равно фокусному расстоянию), тогда реализуется телецентрический ход лучей перед приемником.

На дифракционную решетку падает коллимированный пучок лучей. Не должен ли объектив камеры  быть сфокусирован на бесконечность?

[Gleb1964]

Да, фокусировка, упрощенно говоря, на бесконечность. И на рисунке так. Но рисунок не об этом - начиная с решетки параллельные пучки разных длинн волн и порядков расходятся в разных направлениях. Помещая решетку в передний фокус объектива, мы получаем за объективом сходящиеся пучки, параллельно идущие и падающие перпендикулярно на детектор. Это может быть существенно для детекторов с микролинзовым растром, эффективность восприятия пучка может сильно зависеть от направления прихода пучка. Телецентрическая фокусировка лучей в пространстве предметов делает геометрию всех пучков одинаковой по полю.
 
А вообще - куда фокусируется линза объектива? Фокусировка делается на мнимое изображение входной щели, которой формируется коллиматором. Если мнимое изображение щели локализовано в бесконечности, то фокусировка в бесконечность, а если где-то на конечном расстоянии, то на это расстояние. Спектральный прибор в монохроматическом свете просто отображает входную щель на приемник, а в полихроматическом создает набор сдвинутых из за дисперсии изображений входной щели.

[nolv]

Если как по рисунку,

Извините, ввел в заблуждение,  рисунок схематический и рисовалка плохая, поэтому на скорую руку набросал просто основной подход.
Спектрограф такой:


Решетка профилированная, работает в первом порядке. Устройство вполне рабочее, спектры снимает.

Виньетирование есть, к сожалению от него никуда не деться. Мне пока не понятно как снимать флэты для спектрографа, наверное должен быть какой-то несложный способ.
Но мне кажется, что влияние виньетирования можно исключить: интересующую область поставлю в центр кадра, и если ничего не двигать, то изображение в кадре вообще не смещается.

Основные вопросы у меня конечно по потоку и его измерению по фото: лампа с матовой колбой все-таки не очень Ламбертовский источник, насколько критично повлияет на результат некоторая неоднородность излучения?. Лампа будет в корпусе-трубе, какой длины ее делать? Переотражения от стенок трубы это хорошо или плохо? Для f/4 и f/10 можно ставить разные выдержки? Как это повлияет на результат?

[moisav]

Ламбертовский источник, насколько критично повлияет на результат некоторая неоднородность излучения?. Лампа будет в корпусе-трубе, какой длины ее делать?

Можно достаточно просто сделать  интегрирующую сферу ("Шар Ульбрихта") дающую годную равномерную засветку. Фото калибровочного узла нашего прибора  MaNGaL:  https://www.dropbox.com/s/92iy05ywcxa1nq8/IMG_20211002_121928.jpg
(простите, почему-то не хочет поститься картинка)
Две стальные миски из ИКЕА,  дают почти точную сферу. У нас внутренность раскрашена специальной краской, дающей рассеяние почти по Ламберту, но в качестве хорошего приближения годится канцелярский  "Штрих". Две лампы - для плоского поля и радилампа Сг3С (He-Ne-Ar), важно, чтобы светили вбок отверстия.
На выходе - матовое стекло.
Калибратор на схеме самого прибора: https://serv.sao.ru/hq/lsfvo/devices/mangal/technical.html

[ROVIAN]

Можно достаточно просто сделать  интегрирующую сферу ("Шар Ульбрихта") дающую годную равномерную засветку. Фото калибровочного узла нашего прибора  MaNGaL:  https://www.dropbox.com/s/92iy05ywcxa1nq8/IMG_20211002_121928.jpg
(простите, почему-то не хочет поститься картинка)

Вставляется...

[Gleb1964]

лампа с матовой колбой все-таки не очень Ламбертовский источник, насколько критично повлияет на результат некоторая неоднородность излучения?

Желательно выполнить два условия - создать равномерную освещенность на входной щели и равномерную освещенность на дифракционной решётке. Равномерное освещенность на решётке означает, что свет от входной щели создаёт равномерный по углу расходящийся световой поток. Этого можно достичь, ламбертовский источник находится непосредственно за щелью или его изображение спроецировано линзой на щель. Тогда было бы достаточно лампы с матовым стеклом. Если же лампа с матовым стеклом удалена от щели, будет неравномерность по углу (по освещенности на решётке).
Ну и, чисто интуитивно, вставлять фильтр в непосредственной близости от лампы, значит подвергать его тепловому воздействию, что влияет на фильтр. Лучше найти ему место, где большая часть теплового потока уже отсечена. Но после щели нежелательно, ибо будет нарушать калибровку.
Я бы поставил лампу с матовым стеклом, прямоугольной диафрагмой вырезал участок и линзой спроецировал на щель. Тут же, за линзой можно вставлять фильтры для измерений. Короче, как в классическом проекторе с фильтрами вместо слайдов и дифрешеткой вместо экрана. Вместо объектива 6 щель.

[nolv]

Алексей Валерьевич, спасибо! Интегрирующая сфера из мисок и штриха просто замечательная идея. Обязательно сделаю.

Я бы поставил лампу с матовым стеклом, прямоугольной диафрагмой вырезал участок и линзой спроецировал на щель. Тут же, за линзой можно вставлять фильтры для измерений.

Идея ясна. Но чтобы сходимость пучка была f/4 при разумных габаритах линза должна быть f/2 или около того. Одиночную линзу можно использовать? Её хроматизм не навредит измерениям? Или стоит поискать проекционный объектив?

[Ivan7enych]

Схему нарисовал на картинке. План измерений такой:
- для f/4 снимаю калибровочный спектр;
- без фильтра снимаю серию кадров спектра лампы накаливания (например 5 шт.)
- снимаю дакрки и офсеты
- калибровочный спектр
- ставлю фильтр и снимаю серию кадров со спектром пропускания фильтра
- калибровочный спектр
- ставлю на объектив коллиматора диафрагму f/10 и повторяю измерения

Как думаете, работоспособная схема? Получится правильно посчитать пропускание фильтра? Может что-то я не учел или есть какие-то тонкости? Надо что-то добавить или поменять?

А зачем все эти сложности с разной диафразмой и перекидкой света от 2х источноков?
Все должно быть проще - снимается спектр без фильтров (flat)
потом с той же выдержкой с фильтром (light)
и с той же выдержкой с выключеной лампой (dark)
и все, достаточно простой калибровки дарком и флетом

Торможу, 2я лампа - калибровочная спектральная, но по любому все стоит снимать с одной диафрагмой.
Меньше диафрагма - меньше линий освещено, хуже разрешение (если объектив хороший).

С объективами сложнее - между щелью и решеткой должен быть апохромат, перед камерой апохромат с ровным полем.
Это если снимать весь видимый диапазон.

[moisav]

Вставляется...

Спасибо!
А как Вы это сделали?
Не часто здесь бываю, сходу не разобрался

[nolv]

Я бы поставил лампу с матовым стеклом, прямоугольной диафрагмой вырезал участок и линзой спроецировал на щель. Тут же, за линзой можно вставлять фильтры для измерений.

Идея ясна. Но чтобы сходимость пучка была f/4 при разумных габаритах линза должна быть f/2 или около того. Одиночную линзу можно использовать? Её хроматизм не навредит измерениям? Или стоит поискать проекционный объектив?

Сообразил. Сложу две ахроматические склейки f/4, получится как раз то что надо. Осталось придумать как фокусироваться и можно собирать.


@Ivan7enych
Диафрагмы хочу использовать для того, чтобы узнать насколько меняются характеристики фильтров при работе в телескопах f/4 и f/10. Полоса пропускания должна смещаться.
По-моему апохроматы усложнят и удорожат всю схему. Как практика показала хватает простых ахроматов. Да и склеить спектр не сложно. Вот спектрограмма, полученная по одному кадру. Считаю вполне достаточное разрешение.





С остальным согласен.

[diant]

Вот спектрограмма, полученная по одному кадру. Считаю вполне достаточное разрешение.

nolv, а что это за лампа, интересно? На ней много незнакомых мне ярких линий... 427, 432, 446, 450 и т.д. Видать люминофор какой-то хитрый на ней.

[nolv]

@diant
Эта лампа без люминофора, светит светло-голубым. Линии вероятнее всего от вольфрама.

Пока ebay на форуме не заблокировали оставлю ссылку: https://www.ebay.com/itm/274466286051?hash=item3fe77729e3:g:GJUAAOSwcAFfP4cW
на случай блокировки оставлю картинку.

Чтобы зажечь надо подать вольт 15, когда горит напряжение падает до 12В. Ну и чтобы не сгорела ток надо ограничивать до 3W/12V=0,25А

[diant]

Ох, ничего себе лампа. Она еще и опасна для глаз) Нить накала и ртуть внутри... интересная комбинация.
Я даже рептилоидными лампами (экзотеррами) избегаю калибровать спектрограф, а вы озонирующей работаете. Есть ли в этом нужда?

Вольфрам-то вряд ли. Думаю, там кроме ртути еще какой-то газ.

[Ivan7enych]

У меня после щели апо-никкор 360/9, перед камерой (кенон 550 с вынутыми всеми фильтрами) samyang 100/2.8 ED macro
Линии гораздо четче получаются, без широких хвостов.

Калибровался по ДРГС-12, обругался ее паспорту - часть линий переврана или отсутствует, долго сверялся по зарубежной базе спектров...

Мне показались наиболее удобными эти таблицы спектров всех атомов -
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/periodictable.htm
например по гелию и неону -
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/heliumtable2.htm
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/neontable2.htm

[nolv]

избегаю калибровать спектрограф, а вы озонирующей работаете. Есть ли в этом нужда?

На другую поменять не проблема. Эта удобна пониженным напряжением питания и габаритами. Спектрограф на телескоп ставиться, поэтому удобно, когда он небольшой лёгкий и питается от аккумулятора, а не источника 10кВ.

Линии гораздо четче получаются, без широких хвостов

Мне кажется здесь дело не в апохроматах. Я фокусировался по линии 546нм, в её области должно быть все нормально. Может блендирование, может что-то бликует, а может лампа такая. Надо поразбираться.

[NotSodern]

Я читал, что расчетно такие графики получить нельзя

если знать конструкцию фильтра можно рассчитать.

[Дмитрий Маколкин]

Я читал, что расчетно такие графики получить нельзя

если знать конструкцию фильтра можно рассчитать.

Понятное дело, можно, но никто из производителей такие данные не дает.