Конструирование спектрографа

[nolv]

h=lambda*a/b

Не верно, правильно: h=2*lambda*a/b
получается щель 30 мкм

Затем с той же фокусировкой объектива на бесконечность сфотографировал пятно на экране на раасстоянии 6 м. Расстояние между темными полосами практически не изменилось (что и должно быть для пучка параллельных (?) лучей исходя из "зебры" на ближнем экране), зато полосы существенно удлинились по вертикали.
Ширина всего пучка на дальнем экране соответствует апертуре объектива (50 мм), а высота стала в несколько раз больше (и с удалением еще больше увеличивается - коллимированный по ширине пучек расходится по высоте.

Я думаю, дело в том, что щель является источником света, расположенным в фокусе, только для горизонтального веера лучей (по ширине) - вот они и коллимируются.
А для вертикального веера лучей источником является сам лазер, расположенный не в фокусе объектива, а значительно дальше - поэтому для вертикальных лучей пучек не коллимированный, расходящийся.

Для пучков от краев щели ситуация как на картинке.

То есть для обзорных нужд (как у diant) разрешение от такого "калибратора" вполне приемлемое, а мне нужно на порядок лучше.

Как это сделать в границах одного стола, не развешивая елочные шары по соседним столбам ?

Уменьшать ширину щели или увеличивать F и D коллиматора.

[voiserg]

Цитата: voiserg от Вчера в 22:48:09

h=lambda*a/b

Не верно, правильно: h=2*lambda*a/b
получается щель 30 мкм

Здесь b - тоже расстояние между первыми от центра двумя темными полосами (или ДВОЙНОЕ расстояние от центра светлого 0-порядка до ближайшей темной полосы) ?
Я посмотрел в "Практической астрофизике" Мартынова, стр.135
"условие для темных полос
sin (alfa)=m*lambda/delta  (8.19)
m=1,2,..."
delta - ширина щели (у меня h)
При малых углах sin (alfa)=b/a
где b - расстояние между темными полосами 1-порядка на экране
а - расстояние до экрана.
Вроде бы отсюда получается моя формула
h=lambda*a/b
без 2 
Ладно, спорить не буду, пусть будет по-Вашему, с х2 и шириной 30 мкм.

Для пучков от краев щели ситуация как на картинке.

Я бы не возражал, если бы по вертикали колиимимрованный (?) пучек не раползался гораздо больше апертуры (как он не расползается по ширине).
А он расходится по вертикали гораздо больше, чем угловое расстояние между краями щели в фокусе объектива коллиматора (хотя не расползается по ширине) - вот это и показалось мне странным, что я и попытался выразить "простонародным" объяснением, типа:
 - из двух близняшек одного (вертикального) аист принес издалека, а другого (горизонтального) нашли поближе в капусте.
Но не собираюсь по этому поводу далее спорить - мне это кажется не актуальным.

Гораздо актуальнее мне вот это:

Цитата: voiserg от Сегодня в 08:42:22

То есть для обзорных нужд (как у diant) разрешение от такого "калибратора" вполне приемлемое, а мне нужно на порядок лучше.

Как это сделать в границах одного стола, не развешивая елочные шары по соседним столбам ?

Уменьшать ширину щели или увеличивать F и D коллиматора.

Ширину щели уменьшал - разрешение не увеличивается.
Визуально это выражается в том, что центральное пятно 0-порядка на экране после щели без коллиматора УВЕЛИЧИВАЕТСЯ в ширину (так и должно быть по теории дифракции на щели), а разрешение в системе с коллиматором не увеличивается (не знаю, совпадает ли это с теорией).

С другой стороны, если я правильно Вас понял, в качестве коллиматора после щели нужно поставить такой же МТО 11, как тот что стоит после дифрешетки (даже с еще бОльшим родным фокусом 1000 мм, поставив назад штатную ЛБ) - и мне будет счастье ?
Попробую.

[Gleb1964]

Затем в качестве коллиматора взял телеобъектив Юпитер 21М, предварительно сфокусированный на бесконечность (на фотоаппарате, задний отрезок 45 мм).
Поставил щель на том же расстоянии 45 мм, отрегулировал соосность так чтобы блик от линз попадал назад на щель, и на том же общем расстоянии от щели до экрана 57 см (от объектива конечно же меньше) получил немного другую картинку (вторая в приложении) - расстояние между темными полосами примерно 1 см (точнее - 7 мм).

Затем с той же фокусировкой объектива на бесконечность сфотографировал пятно на экране на раасстоянии 6 м. Расстояние между темными полосами практически не изменилось (что и должно быть для пучка параллельных (?) лучей исходя из "зебры" на ближнем экране), зато полосы существенно удлинились по вертикали.
Ширина всего пучка на дальнем экране соответствует апертуре объектива (50 мм), а высота стала в несколько раз больше (и с удалением еще больше увеличивается - коллимированный по ширине пучек расходится по высоте.

Надо было поставить экран вблизи апертурной диафрагмы объектива (сама диафрагма внутри и недоступна) и посмотреть форму заполнения апертуры, она определяет дифракцию пучка в дальней зоне. Вы увидете в апертуре тонкую полоску - значит, дифракционная расходимость сколлимированного пучка в направлении, перпендикулярном полоске, будет существенно больше, что Вы и увидели, когда отодвинули экран на 6 метров.
Если предварительно сфокусировать пучок лазера на щели, так, что относительное отверстие сфокусированного пучка слегка превышало относительное отверстие коллимирующего объектива, то после прохождения щели пучок полностью заполнит апертурную диафрагму коллиматора и угловое разрешение пучка будет определятся дифракцией на апертуре коллиматора, или аберрациями коллиматора, если они существенны. Если пучок не заполняет апертуру коллиматора, то это эквивалентно диафрагмированию пучка, что увеличивает дифракцию, соответственно.

[voiserg]

Надо было поставить экран вблизи апертурной диафрагмы объектива (сама диафрагма внутри и недоступна) и посмотреть форму заполнения апертуры, она определяет дифракцию пучка в дальней зоне.

На предыдущей странице я дал фото в дальней зоне (6 м) и в зоне, в 20 раз ближе к апертуре объектива (повторяю здесь в приложении).
Перенос экрана еще ближе, на матовое стекло вплотную к апертуре объектива, ничего принципиально не меняет - получается как на втором кадре 7676.

Вы увидите в апертуре тонкую полоску - значит, дифракционная расходимость сколлимированного пучка в направлении, перпендикулярном полоске, будет существенно больше, что Вы и увидели, когда отодвинули экран на 6 метров.

Ох уж эти профи...
Я как любитель считал, что если пучек сколлимирован, то его лучи параллельны друг другу ВЕЗДЕ - бери соседние хоть по горизонтали хоть по вертикали.
Но у профи это хитрее: пучек сколлимирован (лучи параллельны) НО в направлении, перпендикулярном полоске (по вертикали) "дифракционная расходимость" больше чем вдоль полоски (по горизонтали).
И если в фокусе объектива стоит вертикальная щель, то его "апертура заполнена" горизонтальной дифракционной полоской, которая в дальней зоне СКОЛЛИМИРОВАННОГО (?) пучка снова превратится в вертикальную, многократно длиннее диаметра апертуры.

Вспоминается старый киножурнал Ералаш:
http://www.youtube.com/watch?v=yi4_uV5O05I#
"Я не спорю, я только думаю..."

Ладно, буду знать, что "непераллельность лучей-близняшек" в таком случае по-научному называется дифракционная расходимость сколлимированного пучка.
Аналогичо Глеб ранее уже объяснял по-научному, почему оптимальная фокусировка для наибольшего разрешения по ширине линии спектра не совпадает с фокусировкой на минимальную ширину полосы развертки спектра и "белых" изображений
Проверка дифрешетки


Далее Глеб тоже выразил по-научному то, что я уже "понял нутром":

Если предварительно сфокусировать пучок лазера на щели, так, что относительное отверстие сфокусированного пучка слегка превышало относительное отверстие коллимирующего объектива, то после прохождения щели пучок полностью заполнит апертурную диафрагму коллиматора и угловое разрешение пучка будет определятся дифракцией на апертуре коллиматора, или аберрациями коллиматора, если они существенны. Если пучок не заполняет апертуру коллиматора, то это эквивалентно диафрагмированию пучка, что увеличивает дифракцию, соответственно.

Из описанных в предыдущем посте наблюдений уже понял, почему светосила объектива перед щелью должна быть такой же как у объектива коллиматора после щели - в этом случае фокусировка по горизонтали и вертикали совпадают.

Лично меня это радует и обнадеживает.

Хотелось бы знать мнение профессионала и о наличии ил отсутствии 2 в формуле темных полос первого порядка от одиночной щели. Я хоть и не стал спорить об этом с Nolv - но сомнения ведь остались.

А я пока займусь коллимированием моим МТО 11 - может быть и в самом деле поможет.

[Gleb1964]

Я думаю, дело в том, что щель является источником света, расположенным в фокусе, только для горизонтального веера лучей (по ширине) - вот они и коллимируются.
А для вертикального веера лучей источником является сам лазер, расположенный не в фокусе объектива, а значительно дальше - поэтому для вертикальных лучей пучек не коллимированный, расходящийся.

да, кстати, это верно.
Т.е. в Вашем случае расходимость пучка в плоскости щели определяется, как Вы верно заметили, тем что параллельный пучок лазера фокусируется, а потом расходится после фокуса. В данном случае эта расходимость существенно превосходит ту, о той что я писал в связи с дифракцией. Ну, это я невнимательно прочитал 
А источник для параллельного пучка не совпадает с лазером, а оптически находится в "бесконечности".

[voiserg]

да, кстати, это верно.

Спасибо, хотя дальнейшие Ваши пояснения запутали даже меня (или даже меня запутали), особенно в части

А источник для параллельного пучка не совпадает с лазером, а оптически находится в "бесконечности".

то есть щель как источник параллельного пучка (в горизонтальной плоскости пучка) оптически находится в "бесконечности", хотя реально находится ближе к объективу, чем сам лазер (который кроме своих собственных встроенных линз-коллиматоров, дающих пучек изотропно-параллельных лучей, в проведенном эксперименте ничем не фокусируется на щель).
А лазер  оптически находится еще дальше, чем "бесконечность", поэтому "параллельный пучок лазера фокусируется, а потом расходится после фокуса" ?
Ладно, я не хочу устраивать терминологические баталии, чтобы не давать повода для обвинений в "агрессивной безграмотности" - это для моей практической задачи не актуально.

Теперь

Хотелось бы знать мнение профессионала и о наличии или отсутствии 2 в формуле темных полос первого порядка от одиночной щели. Я хоть и не стал спорить об этом с Nolv - но сомнения ведь остались.

Интересно также, какую формулу использовал  diant, сравнивая свои микроскопические измерения ширины щели с дифракционными
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,92679.msg4417474.html#msg4417474
с 2 или без 2 ?
(хотя моя ссылка на формулу (8.19) из "Практической астрофизики" Мартынова вроде бы не оставляет повода для сомнений - для темных полос первого порядка  там нет 2).

[voiserg]

Провел сегодня вчерашний эксперимент, поставив вместо Юпитер 21 мой МТО 11 с фокусом 750 мм без штатной ЛБ - тоже сфокусированный на бесконечность с задним отрезком 45 мм - и был удивлен тем, что исчезла вчерашняя  разница между ближней и дальней зонами.
Да, "дифракционные полосы" в дальней зоне - 6м - слегка распухли по вертикали по сравнению с ближней зоной, но не проявляли желания вырасти за пределы апертуры.
Это было мне удивительно - ведь никаких изменений ДО щели не произошло и "заполнение апертуры" объектива осталось почти таким же, как вчера, только расстояние между темными полосами 1-порядка 26 мм как в ближней так и в дальней зонах.
Вчера на Юпитере 21 было расстояние 7 мм, что вполне соответствует соотношению фокусов
750/200=26/7=3,7.
Но потом спроецировался на забор на расстоянии 20 м - и получил почти такое же удлинение по вертикали, как было вчера на Юпитере 21 на расстоянии 6 м (с той лишь разницей, что высота пятна все еще не превысила апертуры 100 мм).
Так что "все правильно, все сходится" .
Жаль, что до до линий спектра сегодня не добрался - продолжу завтра.

[diant]

Интересно также, какую формулу использовал  diant, сравнивая свои микроскопические измерения ширины щели с дифракционными

voiserg, конечно, с "двойкой". Вы смотрите у Мартынова не туда - формула для диф. решетки это совсем не то же самое, что формула для ОДНОЙ щели.
Формулу для щели лучше выводить самому - тогда точно не ошибетесь.
Но условие минимума на ОДНОЙ щели отличается от условия мимнимума интерферирующих на ДВУХ щелях лучей.

Два луча, когда они дают минимум на ДВУХ щелях, - должны прийти в противофазе (разность хода лямда/2).
Непрерывный веер лучей, кога он дает минимум на ОДНОЙ щели, - должен описать полный круг в фазовом пространстве (разность хода на краях щели = лямда).
Отсюда ваша путаница с двойкой.

И еще, я когда-то в свое время очень внимательно проштудировал вот эту страницу, от корки до корки.
http://www.astrosurf.com/buil/us/stage/calcul/design_us.htm
Она очень помогла мне понять все нюансы спектрографа. (Там на практическом примере все разбирается.)
Если вы знаете английский - очень советую.

[voiserg]

voiserg, конечно, с "двойкой". Вы смотрите у Мартынова не туда - формула для диф. решетки это совсем не то же самое, что формула для ОДНОЙ щели.

Спасибо.
У Мартынова формула (8.19) - как раз для темных полос от одной щели, но я ошибся в том, что подставил туда угол между самими темными полосами, а  нужно было - от центра до полосы.

Формулу для щели лучше выводить самому - тогда точно не ошибетесь.

Так я и сам выводил, но уж слишком просто, не в "фазовом пространстве" - и точно ошибся:

Непрерывный веер лучей, когда он дает минимум на ОДНОЙ щели, - должен описать полный круг в фазовом пространстве (разность хода на краях щели = лямда).
Отсюда ваша путаница с двойкой.

А я интуитивно взял для темной линии разность хода на краях лямбда/2 - отсюда и путаница с двойкой.
Вот уж действительно - вместо черного белое.
Спасибо за науку.
Получается, у меня с Вами одинаковые щели порядка 30 мкм.

[voiserg]

Вчера посветил зеленым лазером (530 нм) через щель с коллиматором - Юпитер 21 - в мой БАССК
Бесщелевой спектроскоп с дифрешеткой в апертуре
 (дифрешетка 150х150 600 лин/мм, во втором порядке эквивалент 1200 лин/мм, с последующим приемом на само-Ньютон 150/520 с Кэноном 350 (2,46" на пиксель), масштаб дифракции в области оранжевого дублета натрия 0,075 Ангстрем/мм).
Получил полосу шириной  порядка 20 пикселей (1,5 Ангстрем) и разрешение 5300/1,5=3533.
Мало !
Поменял Юпитер 21 на МТО 11 без ЛБ (F=750 мм).
Получил полосу шириной  порядка 12-14 пикселей (1 Ангстрем) и разрешение 5300/1=5300.
То есть результат вместо ожидаемого улучшения в 3,5 раза (ожидалось разрешение более 10000) улучшился всего в 1,5 раза (видимо, ограничено другими факторами).
Тогда может быть имеет смысл вместо экстрима с МТО 11 оставить Юпитер 21, удлинив ему фокус раза в 2 телеконвертором или ЛБ.
Если получится  от компактного калибратора реальное разрешение порядка 5000 и ширина линии до 15 пикселей -  уже можно попробовать калибровать "астроспидометр" с точностью порядка 10 км/с.

Кстати,  стандартный телеконвертор ТК-2 увеличил фокус Юпитер 21 с 200 мм всего до 300 мм (в 1,5 раза).
А вставив в Юпитер 21 отрицательную линзу от штатной ЛБ МТО 11 я получил фокус 400 мм.
Резон использовать Юпитер 21 в качестве коллиматора еще и в том, что в МТО 11 есть ЦЭ вторичкой, и приходится "заполнять апертуру" не по центру, а сверху или снизу от пятна ЦЭ вторички.

[voiserg]

По ходу дела - интересные наблюдения за светом лазера.
После включения лазер разогревается в течение пары минут.
ВО время разогрева линия спектра двоится и троится - и лишь потом устанавливается монохромный режим (хотя и при этом линии "полосатят" - но это уже результат интерференции монохромного света)
Кстати, при такой интерференционной полосатости ширина линии уменьшается до 10 пикселей (0,75 Ангстрем) что дает разрешение 7000 даже на Юпитере 21 (первый кадр), а на МТО11 можно получить отдельную линию шириной даже 5 пикселей (0,375 Ангстрем) и разрешение 14000 (второй кадр).
Почти такое же разрешение я получил раньше, калибруя SpectRoyal по лазерной искусственной звезде от шара на столбе в 50 м
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,162819.msg4397533.html#msg4397533
- но вряд ли теперь такой результат примут "в зачет" для БАССКа (хотя линии ведь разделяются-разрешаются).

[Gleb1964]

Да возьмите обычную телескопическую систему, объектив с окуляром, отфокусированную на бесконечность и используйте как расширитель лазерного пучка, использую в обратном направлении - лазер со стороны окуляра. Отношение диаметров входного/выходного зрачков равно увеличению телескопической системы. Или, обратно, диаметр параллельного пучка, запущенного со стороны окуляра через выходной зрачок, будет на выходе во больше во столько раз, сколько дает увеличение телескопическая система. А угловая расходимость луча будет, обратно, во столько же раз меньше. Скажем, Вы хотите лазерным пучком диаметром 1 мм заполнить апертуру 100мм, требуется увеличение 100 раз.
Диафрагму или щель можно применить в фокусе окуляра, где сфокусируется лазерный луч, для очистки луча. И не нужно мучаться, расширяя лазерный луч дифракцией на узкой щели, да еще с потерей большей части энергии.

[voiserg]

Да возьмите обычную телескопическую систему, объектив с окуляром, отфокусированную на бесконечность и используйте как расширитель лазерного пучка, использую в обратном направлении - лазер со стороны окуляра.

Спасибо.
Сотворил такой расширитель пучка из трубки апертурой 45 мм фокус 300 увеличение 30 .
Апертура действительно заполнена более-менее равномерно.
При разогреве получил три "спектро-точки", из которых потом осталась одна - но ее размеры слишком большие (ширина 45 пикселей) и она слишком яркая (снял на минимальном ISO 100 минимальной выдержкой 1:4000.
И самое главное - на лазерах я только тренируюсь, работать придется с другим калибровочным источником.
Потому что красный и зеленый лазеры имеют длины волн слишком далеко отстоящие от нужного мне оранжевого дублета 589 нм., а желтые лазеры с такой длиной волны стоят очень дорого.
Так что источник будет изначально неколлимированный обычный светодиод или какая-то лампа, и с ним нужно будет делать все, начиная с фокусировки на щели.

[GordonBrau]

В ясные октябрьские дни пофотал наше Солнце через спектроскоп.
Вот что получилось. Выкладываю просто фото, для возможного обсуждения.
Сразу надо сказать, что для разных участков спектра фокусировался отдельно по заметным линиям... Файлы "подрезал", чтобы поместились для просмотра. В RAW смотрятся хорошо.
Коллиматор 16кп 1,2/50 (диафрагмирован до 2.5), Canon 60D с Super Takumar 200 mm. Отражательная решетка 600 ш\мм. Целостат - китайская диагональ 1.25, диэлектрик.
Размеры файлов получились крупноватые и сюда не помещаются. Даю ссылки на них:
https://yadi.sk/i/XPVXioM-tfZ4pA  \синяя зона, линии Ca, Fe, H\
https://yadi.sk/i/wCWp8veXt2Bx-A \ сине-зеленая зона, Hбэта, Mg триплет\
https://yadi.sk/i/Alm9PzZCYHLiwQ \желто-оранжевая зона, Na дуплет\
https://yadi.sk/i/OQB6PZWbLx-5aQ \красная зона, две линии О2, H альфа\

[diant]

Хорошие спектры. А щель какая?

[GordonBrau]

Точно не знаю, но она у меня регулируемая, от спектрометра.
Где-то на грани закрытия была, примерно 5 мкм. Яркости-то за глаза!
А спектры очень хороши, если учесть, что все "на коленках".
До этого пытался на Nex-5 снимать, но в нем фильтр режет края сильно и яркость изображения по спектру сильно меняется.
У 60D этого нет, хотя цвет меняется в зависимости от участка спектра. Нужно было автобаланс белого отключить - забыл.

[GordonBrau]

Вот еще парочка. Вырезал из RAW триплет с Н бэта и Na дуплет. Так чуть лучше видно структуру линий поглощения.
https://yadi.sk/i/rIkWRqEf-SgQXQ
https://yadi.sk/i/awelOdOfIoIhjA
И спектрик живьем

[diant]

Где-то на грани закрытия была, примерно 5 мкм. Яркости-то за глаза!

Щель просто завидная
А я поначалу удивился, как это вы так здорово щелкаете с 50-мм коллиматором и 200-мм объективом - против всех законов физики! Только такая щель и могла бы позволить снимать в столь необычной конфигурации.
Спектры шикарные! У меня тут была мысль поснимать спектры Солнца с интервалом в день-другой и вычесть их один из другого - можно было бы увидеть, не "дышат" ли некоторые линии.

[GordonBrau]

Подсчитал и оказалось, что уверенно разделяются линии с разницей 1.5 ангстрем, а при желании можно и лучшую разницу увидеть.
Совсем неплохо для 600 лин.\мм 

[Nik-Kul]

  Такой не пробовали : Alpy 600 - специально для любительской астрономии https://www.shelyak.com/produit/alpy-600/
 Или (за такие деньги) проще из заводского барахла найти на 600 линий ?