Конструирование спектрографа

[ysdanko]

Может раньше просто не умели в 2400 л/мм и больше?
Разрешение же зависит от количества засвеченных штрихов, и раз нельзя сделать бОльшую плотность, приходится делать больше размер..

Уже были голографические решетки... А классические (1200л/мм) могли концентрировать энергию в разные порядки спектра, что повышало спектральное разрешение...Проблема была в наложении спектров из разных порядков, это сужало спектральный диапазон, свободный от наложения. Решетки с большим числом штрихов в этом смысле, были не самым лучшим вариантом...

Что касается ширины щели. Ширину щели можно уменьшать до определенного размера (нормальная щель), после которого это не имеет смысла, и приводит только к потере интенсивности линий.

[diant]

Я же именно её и выкладывал, с подписями..

У атмосферного кислорода в самом ближнем ИК два таких "частокола" - на 687 и 760 нм. Я конечно присмотрелся к вашему снимку и сравнил его с солнечным спектром. Это первая группа - 687нм. А до второй группы (760) с решеткой с шагом 416нм дотянуться с вашим углом 28° уже должно быть проблематично, решетка будет стоять почти касательно оси коллиматора.

[GraY25]

Да, точно, это первый кислородный "лес". Для второго угол решётки уже будет под 0гр.
Далее по пунктам:

- вы какую решетку 50х50/2400 покупали, с блеском на 500нм?

Угол блеска там не особо важен, да и вариантов практически нет, все видимо клепаются в одном месте.

- У вас угол 28° жестко прошит. А не было бы толку, если бы он был немного регулируем?
(Почему спрашиваю - у меня на просветом спектрографе он регулируется и это часто полезно, потому что яркость спектра может ощутимо меняться при разных положениях решетки, и перемена угла помогает найти оптимум угла).

Ну, если совсем вкратце - работать выгоднее именно на таком оптимально-остром угле. Т.к. в этом случае достигается максимальное спектральное разрешение.
Если мы её разворачиваем более перпендикулярно, пучок засвечивает только часть решётки (меньше штрихов). Если угол слишком острый - часть пучка не попадает на решётку (или же её придётся делать огромной, в ущерб цене и габаритам)
Если пользоваться в широком диапазоне, то наверное можно сделать угол изменяемым, но не в такой лёгкой конструкции..
Часто естественным ограничителем остроты угла становятся габариты устройства, размеры решётки или возможность сблизить объективы.

- Правильно я понимаю, что с решеткой 2400 вы ограничены примерно 700нм с ИК конца? То есть главную полосу атмосферного кислорода (760) этого спектрограф уже не достанет?

Да, если интересует глубокий ИК, самый правильный способ - иметь вторую съёмную решётку на 1200, например.
Современные камеры и на 1000нм что-то могут показать.

- Посмотрел про литографическую щель 7мкм на кварце с OD7+ - вы эту использовали?

Не эту, но похожую с Али. Кварцевую взял для большого варианта, а тут тоже лито-, только на стекле K8 вроде бы.

- Про «китайский широкополосный спектрограф». Нашел фотки разобранной китайской корбочки под Теремино - там вообще супер простота. У вас такой же?

Да! Я удивляюсь как эта штука вообще работает! Условно говоря, камера дверного глазка за пару баксов, решётка видимо - разделённый поперёк и разрезанный CD/DVD диск. ЩЕЛЬ НАПЕЧАТАНА НА ПРИНТЕРЕ! 
Я её чуть-чуть улучшил, напечатав более тонкую) (Совсем тонкую делать нет смысла - мало света, да и уже провал в пиксель идёт)

То есть себестоимость устройства буквально 5 долларов не больше. При этом удивительная точность - из коробки было 1нм, я улучшил до 0.7
А в совокупности с мощнейшим софтом Теремино оно позволяет творить чудеса)
Если интересно и соберусь с силами можно "запилить" обзор)

[diant]

- Про «китайский широкополосный спектрограф». Нашел фотки разобранной китайской корбочки под Теремино - там вообще супер простота. У вас такой же?

Да! Я удивляюсь как эта штука вообще работает! Условно говоря, камера дверного глазка за пару баксов, решётка видимо - разделённый поперёк и разрезанный CD/DVD диск. ЩЕЛЬ НАПЕЧАТАНА НА ПРИНТЕРЕ! 
Я её чуть-чуть улучшил, напечатав более тонкую) (Совсем тонкую делать нет смысла - мало света, да и уже провал в пиксель идёт)

То есть себестоимость устройства буквально 5 долларов не больше. При этом удивительная точность - из коробки было 1нм, я улучшил до 0.7
А в совокупности с мощнейшим софтом Теремино оно позволяет творить чудеса)
Если интересно и соберусь с силами можно "запилить" обзор)

Судя по конструктиву, там DVD (1351 лин/мм), обычный CD не подойдет в такой геометрии.
Еще одно реальное улучшение, которое напрашивается - крошечный качественный коллиматор посрединке, типа 60/6.
А вообще, судя по простоте такого рода спектрографов и уже крайней доступности его компонент, китайцы, возможно, скоро и выпустят что-то более похожее на классический конструктив с параллельным падением на решетку.

[diant]

GraY25, подскажите, где же можно найти эти объективы Fujinon EFC? Что-то на авито их не видно ни по каким ценам...
И еще вопрос. Какой из объективов важнее иметь АПО - коллиматор или рисующий? Или оба, если они сравнимых фокусов?

[GraY25]

GraY25, подскажите, где же можно найти эти объективы Fujinon EFC? Что-то на авито их не видно ни по каким ценам...
И еще вопрос. Какой из объективов важнее иметь АПО - коллиматор или рисующий? Или оба, если они сравнимых фокусов?

Ну их может не быть просто в самом объявлении, оно может называться "разборка минилаб фуджи" итд.
На фуджинонах свет клином не сошёлся. Их преимущество - малые габариты.  Ну и гарантия качества.
Если установка планируется лабораторная имеет смысл подыскать просто хорошие фото-стёкла. В SHG как правило используют Такумары например 135/3.5

Конечно желательно сделать оба стекла нормальными, но более важен - объектив.
Почему - потому что требования к светосиле у них по-любому разные.
В целом, если мы говорим о SGH, коллиматор будет работать на светосиле, не выше светосилы питающего телескопа.
То есть ~F/6 в среднем. Много стёкол могут выдать диф. качество на таком F.
Да и в режиме обычного спектрографа несложно ограничить пучок попадающий на решётку, какой-нибудь трубкой, например.

Решётка со стороны коллиматора повёрнута более острым углом, и проекция её ширины меньше.
А вот со стороны объектива она уже более широкая.
Калькуляторы выдают требуемое F для объектива ~F/3. Тут уже с точкой начинаются проблемы. Можно конечно делать фокус больше разгоняя масштаб, но тогда с количеством света могут быть траблы. Вобщем, на высокой светосиле требования к качеству естественно больше.

[diant]

Спасибо, все очень понятно. А какие плюсы и минусы у щелей на стальной основе (физическая щель) и на стекле (Blackening, т.е. чернение)?

[GraY25]

Спасибо, все очень понятно. А какие плюсы и минусы у щелей на стальной основе (физическая щель) и на стекле (Blackening, т.е. чернение)?

Я не вижу почти никаких плюсов у физической щели. Ну разве что она будет длиннее - а это вообще не критично.
Регулировать её смысла нет, т.к. оптимальная ширина для высокого разрешения ~10микрон (можно углубиться в расчёты но результат будет примерно такой).
Кроме того физическая щель никогда такой ширины не даст из-за неровности изготовления. Даже если её закрыть до такого размера непременно будет "гребёнка" которая даст кучу паразитных полос.
Оптическая точность стеклянной подложки тоже не так важна (и в случае SHG), т.к. она находится буквально в фокусе телескопа или близко к ней (вторая поверхность)
Литографическая щель исключительно ровная и выдержанная по ширине. Смотрел и промерял лично под микроскопом.

[diant]

Сергей, снова спасибо! Видимо я со временем обзаведусь обоими щелями - стальной на 20 мкм и стеклянной на 10 мкм. У меня есть отечественная с раздвижными стальными лезвиями, которой я пользуюсь на своем большом спектрографе и обычно ставлю там 20-30 мкм. Больших проблем с неровностью лезвий с ней не было. Больше пыль бывает донимает. Сейчас в планах сделать спектрограф полегче и попроще, но все еще на прозрачной Торлабовской решетке 600 линий. С главным прицелом - видимый спектр одним махом с R~1000 и этого достаточно. Был даже замысел упростить и уменьшить его настолько, чтобы он стал пушинкой и легко висел в обычном фокусере, но, видимо, настолько всё урезать не разрешит "внутренний перфекционист". Дам несколько степеней свободы, поэтому сделаю его среднегабаритным.

Передо мной будут стоять еще две задачи:
- выработать методику фокусировки коллиматора на щель
- выработать методику фокусировки телескопа на щель
Первая в сущности давно уже выработана, просто в новой конструкции учту этот метод и сделаю для этого сквозной оптический тракт (фокусируюсь с помощью искателя 8х50, заранее настроенного на бесконечность)
А вот по второму пункту пока в раздумьях. Интересно, у вас есть какое-то удобное решение? Я пока вижу только одно - после настройки коллиматора и рисующего объектива ловить фокус телескопа уже по изображению спектра звезды, то есть по высоте спектра (который в идеале должен превратиться в линию).

[nolv]

- выработать методику фокусировки телескопа на щель

Для фокусировки телескопа и гидирования щель нужна на зеркальной подложке.

[ysdanko]

Полезная статья по поводу ширины щели и всего остального....
https://www.sao.ru/hq/lon/SCORPIO/lectures/Scorpio_II.pdf

[GraY25]

Полезная статья по поводу ширины щели и всего остального....
https://www.sao.ru/hq/lon/SCORPIO/lectures/Scorpio_II.pdf

Тут как раз то о чём я говорил:

На практике, “нормальная щель” – это щель, FWHM которой (в
проекции на детектор) равняется 2.5-3 пикселя

В целом я слышал авторитетное мнение что оптимальная ширина щели = 3х размер пиксела, что тут как раз соблюдается.

@diant на вопросы отвечу чуть позже. Может даже получится снять демо по съёмке ИЗ.

[diant]

Полезная статья по поводу ширины щели и всего остального....
https://www.sao.ru/hq/lon/SCORPIO/lectures/Scorpio_II.pdf

По-моему в этой статье ошибки. Уже в самом начале вот в этой формуле:
"R = m * ro * W, где
...
ro - плотность штрихов на единицу площади
W - засвеченная площадь"

В моем понимании должно быть:
ro - плотность штрихов на единицу длины решетки
W - засвеченная длина решетки

Отсюда ошибка в выводе: "Но тогда достигнутое на SCORPIO разрешение Rmax=2600 можно было бы получить с решеткой 600 шт/мм в пучке диаметром всего 2.5 мм!"
Должно быть: "в пучке диаметром всего 4.5 мм!"

Сейчас поднял свои записи и вижу, что я обсчитывал свой спектрограф по следующей формуле:

FWHM_Total² = (r * f2/f1)² * (w² + FWHM_C²)  +  FWHM_O²  +  FWHM_d²  +  p²

Здесь:
w — ширина щели.
r (анаморфический фактор) = cos(α) / cos(β)
Выгоднее, когда решетка повернута перпендикулярно к оси объектива камеры.
f2 / f1 — отношение фокусных расстояний объектива камеры и коллиматора.
Чем оно меньше, тем меньший размер принимает на матрице щель.
FWHM_C — размер (full width at half maximum) изображения точечного источника, создаваемого коллиматором.
FWHM_O — размер (full width at half maximum) изображения точечного источника, создаваемого объективом камеры.
FWHM_d — full width at half maximum of the diffracted limited PSF of the grating.
p — размер пиксела.

FWHM_d = λ * f2/d2

Из этой формулы довольно наглядно видно, когда щель более 10 мкм ограничивает спектрограф, а когда нет.

Очень интересные решетки описывает Моисеев в своем "вселенском плаче" - VPHG. Интересно, такие есть в продаже на Али или где-то в доступе для простых смертных?

[GraY25]

VPHG

Если под этим подразумевается просто "голографическая решётка" то многие современные решётки с высокой плотностью такие.
Они имеют определённый смещённый профиль "синусоиды", благодаря чему отражение в одну сторону гораздо сильнее чем в другую (выше КПД). Это направление обычно помечают стрелкой на торце.
Если брать фирменные решётки типа Торлабс, они точно такие как заявляются.
С решётками с Али может быть что угодно без гарантий.

[diant]

Если под этим подразумевается просто "голографическая решётка" то многие современные решётки с высокой плотностью такие.

Не просто. Это Volume Phase решетки. Обе поверхности - чистое и гладкое стекло; отсюда низкий уровень светорассеяния. Такую решетку можно мыть как обычную линзу.

Если брать фирменные решётки типа Торлабс, они точно такие как заявляются.

У них всякие были.  Я покупал у них прозрачную с нарезными ступеньками, чтобы почти весь свет в 1-й порядок и уходил. Выбирал 600 по причине работы в видимом свете.

[GraY25]

Это интересно, но в любительских конструкциях пока не встречал..