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 Betreff des Beitrags: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 09. Mai 2016, 16:58:15 PM 
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Hallo zusammen,

habe mal eine kurze Sonnen-Sequenz aufgenommen (30.11.2015) und den Radialgeschwindigkeitsverlauf mittels Kreuzkorrelation bestimmt. Das Instrument ist ein R2 Echelle-Spektrograph mit Single-mode Faserkopplung (2.5µm Kerndurchmesser). Die Auflösung des Spektrographen ist in etwa R~75,000 bei 550nm. Der obere Plot zeigt die Radialgeschwindigkeit über einen Zeitraum von ungefähr 108 Minuten. Die Rohdaten (schwarz) hab ich etwas gefiltert (blau und rot) um die 5-Minuten Oszillation etwas besser hervorzuheben. In Plot darunter wird das Leistungspektrum dargestellt was eine Periode von 287.5s oder 4.79 Minuten aufweist.

Gruß
Tobias


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 10. Mai 2016, 07:48:28 AM 
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Hallo Tobias,

sehr interessant.

Welche Linien der Sonne hast Du vermessen?

Ist das R75k bezogen auf 2-Pixel-Auflösung?

Beste Grüße,
Daniel

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Daniel P. Sablowski

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 10. Mai 2016, 15:57:23 PM 
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Hallo Daniel,

die Messung basiert auf 10 Echelle Ordnungen im Bereich von etwa 550-600nm. Das R75,000 bezieht sich auf ungefähr ne 2.3 Pixel (FWHM) breite PSF bei 550nm und ungefähr 2 Pixel bei 430nm (R>90,000).

Gruss
Tobias

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 10. Mai 2016, 16:21:16 PM 
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Hi Tobias! Was für ein S/N hast Du erzielt? Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 10. Mai 2016, 16:54:20 PM 
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Hallo Thomas,

ungefähr S/N=160 (max. pro spektralem Pixel). Die Faser habe ich am Teleskop befestigt und auf die Sonnenscheibe ausgerichtet.

Gruss
Tobias

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 10. Mai 2016, 17:14:48 PM 
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Ok, Tobias, dann hast Du eine Genauigkeit der Linienpositionen von ungefähr 0.1%. Ich weiß nicht wie viele Linien Du gemittelt hast, doch reicht das für Deine hochgenauen Messungen von unter 5 m/s?
Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 10. Mai 2016, 17:23:36 PM 
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Hi Tobias,

das Ergebnis passt ja gut. Ich habe damals (siehe Spektrum 47) mit nur unwesentlich
längerer Beobachtungszeit 3,1mHz ermittelt. Aber mehr als eine Nachkommastelle anzugeben
schien mir zu verwegen, da es ja nicht "die" 5-Minuten-Oszi gibt.

Viele Grüße
Dieter


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 11. Mai 2016, 15:03:54 PM 
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Hallo Thomas,

in dem Bereich sind > 30 Fe Linien (+ Si und Ni Linien). Ich hab das mal anhand eines Sonnenspektrums durchgerechnet. Um 1m/s zu erreichen bräuchte ich ein S/N von ca. 250 bei einer Bandbreite von 100nm (ungefähr 20 Echelle Ordnungen). Die letzte technische Modifikation erlaubt nun einen Spektralbereich von 430-650nm und eine deutlich höhere Effizienz. Mal schauen vielleicht wiederhol ich die Messung noch einmal. Wenn ich die Periode mit 50 Spektren abtaste kann man ja mal die Spektren binnen ggf. addieren.

Hab mal ein paar Bilder angehängt (falls das jemand interessiert).

Gruss Tobias


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 11. Mai 2016, 15:48:08 PM 
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Hallo Tobias, ich hatte wegen der Sonne zunächst mit einem deutlich höherem S/N gerechnet. Ich habe da aber keinerlei Erfahrung. Mich beeindruckt die Genauigkeit, die Du mit diesem Setup erreichst, insbesondere hinsichtlich der Linienzahl (ich dachte, da sind viel mehr Linien nötig), der Fiber (führst Du scrambling durch?) und Temperatur (wie stabil ist die?). Ich hätte gewettet, dass 5 m/s unmöglich sind. Auf dem kleinen Bild kann man vom Spektrographen nicht viel sehen, schick doch mal Detailansichten. Wirklich ein bemerkenswertes Ergebnis! Schreibst Du darüber einen Text für das Journal? Reichst Du das bei PASP ein? Ist das am Mount Stromlo?
Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 11. Mai 2016, 16:11:18 PM 
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Hallo Thomas,
Zitat:
Hallo Tobias, ich hatte wegen der Sonne zunächst mit einem deutlich höherem S/N gerechnet. Ich habe da aber keinerlei Erfahrung. Mich beeindruckt die Genauigkeit, die Du mit diesem Setup erreichst, insbesondere hinsichtlich der Linienzahl (ich dachte, da sind viel mehr Linien nötig), der Fiber (führst Du scrambling durch?) und Temperatur (wie stabil ist die?). Ich hätte gewettet, dass 5 m/s unmöglich sind. Auf dem kleinen Bild kann man vom Spektrographen nicht viel sehen, schick doch mal Detailansichten. Wirklich ein bemerkenswertes Ergebnis! Schreibst Du darüber einen Text für das Journal? Reichst Du das bei PASP ein? Ist das am Mount Stromlo?
Gruß, Thomas
Das ist ein Single-mode Spektrograph, wird also von einer Single-mode Faser gespeist. Die Temperaturstabilität am Echellegitter ist besser als 5 mK. Im klimatisierten Raum erreicht man damit in etwa 1 m/s über eine Nacht und besser als 10 m/s über ne Woche (gemessen mit ThAr). Text kommt noch. Der unten gezeigte Aufbau ist für das Mount Stromlo Observatorium.

Gruss
Tobias


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 11. Mai 2016, 16:47:46 PM 
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Ah, so ist das, ein Quasi-Littrow! Und das Echellegitter ist in einem extra Dewar. Daher dieser Kühlanschluss (Stickstoff?) im dritten Bild. Die Single-Mode-Fiber hatte ich vergessen. Darüber könntest Du uns auch mal berichten. Die hat ja nur eine Mode. Ist die für einen Amateur überhaupt handhabbar? Den Apparat kann man ja beinahe kommerzialisieren. In diesem Zusammenhang wäre ein Stabilitätstest ohne Dewar sondern nur mit Kühlbox interessant. Egal, das gefällt mir richtig gut! Hast Du das allein entworfen oder ist das ein Abteilungsprodukt? Ich will jedenfalls das Paper haben!
Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 11. Mai 2016, 17:08:19 PM 
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Das Echelle befindet sich in einer Vakuumkammer um spektralen Drift durch atmosphärische Druckänderung zu minimieren. Ohne Druckstabilisierung könnte man mit der simultanen Kalibrationsmethode sicher ähnliche Ergebnisse erzielen. Mit einer einzelnen Faser und 3" Seeing ist aber bei V=6 (S/N = 10, t=1200s) Schluss. Die nächste Generation ist halb so gross, kostengünstiger, stabiler da komplett umschlossen (Vakuum) und wird mit mehreren Fasern über eine IFU gespeisst und hat ne Referenzfaser. Bis auf die single-mode IFU ist alles selber gemacht.

Gruss
Tobias

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 12. Mai 2016, 09:56:38 AM 
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Hallo Tobias, nach meiner Schätzung nutzt Du mit der Single-Mode-Fiber unter 5% des Seeingscheibchens (Fiberdurchmesser 8µm), Durchmesser des Seeingscheibchens etwa 45 µm. Ohne Faserbündel also etwas problematisch. Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 12. Mai 2016, 14:39:15 PM 
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Hallo Thomas,
5% waeren super :shock:. Die Single-mode Faser fuer den visuellen Spektralbereich hat einen Kerndurchmesser von nur 2,5 mu. Bei einem Seeing von 3" und 16" f/4 Teleskop (24 mu FWHM Seeingscheibchen) betraegt die Kopplungseffizienz dann in etwa 0.7%. Gerechnet von der Atmosphaere (70m ue. NN) bis zum Faserausgang sind das dann noch 0.2% throughput. Dann noch 45% vom Spektrographen macht summa summarum ca. 0.1%.

Gruss
Tobias

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 12. Mai 2016, 14:50:37 PM 
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Ja, ich habe mal großzügig abgeschätzt... 8-) Passt recht genau. Faser noch dreimal kleiner als gedacht => Faktor 10 weniger Licht. So ist nachvollziehbar, dass Du bisher nur auf die Sonne gehst. Wie steht es denn mit einem Faserbündel? 100 bis 200 Fasern (Das Cladding ist evtl. ein Problem) und dann rechtwinkelig als virtueller Spalt geformt. Ob dann was mit Moden passiert, weiß ich aber nicht.


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 12. Mai 2016, 14:56:39 PM 
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Hallo Thomas
Zitat:
Ja, ich habe mal großzügig abgeschätzt... 8-) Passt recht genau. Faser noch dreimal kleiner als gedacht => Faktor 10 weniger Licht. So ist nachvollziehbar, dass Du bisher nur auf die Sonne gehst. Wie steht es denn mit einem Faserbündel? 100 bis 200 Fasern (Das Cladding ist evtl. ein Problem) und dann rechtwinkelig als virtueller Spalt geformt. Ob dann was mit Moden passiert, weiß ich aber nicht.
Nicht nur die Sonne. Habe Spektren von hellen Sternen bis zu V=5.87 aufgenommen (unter anderem auch Tau Ceti). Und das noch mit dem alten Gitter! Werde immer mal wieder was davon posten. Wir fangen erstmal mit 7 Fasern an :).

Gruss

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 12. Mai 2016, 15:16:31 PM 
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Als rundes Eingangsbündel, vermute ich. Könnt ihr denn den Mantel loswerden? Der muss doch relativ dick sein.


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 15. Mai 2016, 12:23:06 PM 
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Hallo Tobi,

ich verfolge diesen thread und überhaupt alle deine posts mit großem Interesse. Es ist einfach schön zu beobachten wie du deine Interessen entwickeln und realisieren kannst. Tolle Projekte machst du da. :D

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Herzliche Grüße / best regards

Lothar

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 15. Mai 2016, 17:47:21 PM 
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Hallo Thomas
Zitat:
Wie steht es denn mit einem Faserbündel? 100 bis 200 Fasern (Das Cladding ist evtl. ein Problem) und dann rechtwinkelig als virtueller Spalt geformt. Ob dann was mit Moden passiert, weiß ich aber nicht.
Sowas versucht man und nennt es meist Photonic-Lantern. Handelsübliche Singlemode (SM) Fasern sind ungeeignet ein Bündel daraus zu machen, weil der Mantel gute 100 Mikrometer Durchmesser hat. Die Idee ist dann einen Multicore (MC) Faser zu nehmen und an ein enges SM Bündel anzusplicen.

http://arxiv.org/pdf/1503.03269.pdf;

Tobias,

kannst ja mal bei den Kollegen in Sydney anfragen???

Wir wollten das mal bei STELLA versuchen, aber es scheint wohl Effizienzprobleme zu geben bei den Fasern von innoFSPEC...


Beste Grüße,
Daniel

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 15. Mai 2016, 18:30:06 PM 
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Hallo Thomas,

wir verwenden 7 Single-mode Fasern mit Mikrolinsen an beiden Faserenden. Die Fasern sind als Eingangsspalt ausgerichtet mit weiterführender Optik. Die Kreuzdispersion am Spektrographen erlaubt einen Spalt von bis 8 Fasern.

(Danke Lothar :))

Gruss

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 15. Mai 2016, 18:42:50 PM 
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Tobias,

kommst Du nach Edinburgh (SPIE) nächsten Monat?

LG,
Daniel

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Zuletzt geändert von Daniel Sablowski am 15. Mai 2016, 19:41:07 PM, insgesamt 1-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 15. Mai 2016, 18:48:51 PM 
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Kann leider nicht ...

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 16. Mai 2016, 11:08:50 AM 
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Hallo Tobias!
Zitat:
Die Kreuzdispersion am Spektrographen erlaubt einen Spalt von bis 8 Fasern.
Kannst Du mir bitte "Kreuzdispersion " erläutern und warum das die Faseranzahl begrenzt? Ich kenne das nicht.
Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 16. Mai 2016, 11:29:16 AM 
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Sorry ich meinte Cross-dispersion, also der Abstand zwischen den Echelle Ordnungen. Der Spektrograph ist gerechnet so dass nur 8 Fasern Platz haben (siehe Bild unten welches mit einem anderem Spektrographen aufgenommen wurde). Da der Spektrograph ein Prisma als Cross-disperser verwendet laufen die Ordnungen im roten Wellenlaengenbereichen zusammen was den minimalen Abstand der Ordnungen definiert. Im blauen Wellenlaengenbereichen koennte man deutlich mehr Fasern unterbringen.

Hier fehlt die Referenzfaser und eine Science Faser!

Gruss


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Zuletzt geändert von Tobias Feger am 16. Mai 2016, 12:14:21 PM, insgesamt 1-mal geändert.
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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 16. Mai 2016, 11:40:40 AM 
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Hi Tobias,

do you remember which object was on the fibres for that image? I wounder why the efficiency seems to be quite different for the fibres.

BTW: Do you have any experience regarding RV precision using Th/Ar vs. Iodine cell?

cheers,
Daniel

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 16. Mai 2016, 11:48:20 AM 
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Ach, ich habe schon wieder übersehen, dass es ja um einen Echelle geht, Tobias. Wenn die Beiträge mehrere Tage auseinander liegen, schalte ich innerlich oft in den Long-Slit Modus. :roll:
Sieben Fasern auf den Echelle-Spalt ist klasse und sicher einige Fummelei. Man kann sicherlich noch mehr drauflegen, doch das wäre dann wohl ein nächster Entwicklungsschritt. Und trotzdem schafft ihr auch noch Mikrolinsen drauf. Respekt!
Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 16. Mai 2016, 12:10:28 PM 
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Zitat:
Hi Tobias,

do you remember which object was on the fibres for that image? I wounder why the efficiency seems to be quite different for the fibres.

BTW: Do you have any experience regarding RV precision using Th/Ar vs. Iodine cell?

cheers,
Daniel
Hi Daniel,

this was the output of a laser inscribed photonic lantern and the spectrum represents a flat. The lantern was coupled to a few-mode fiber with larger core diameter. Light coupling from the few-mode fiber not only is quite sensitive but also transfers modal noise into the single-mode waveguides. But anyway I just wanted to visualize the text above :)

No idea about RV precision (yet) because the spectrograph was not stabilized and due to modal noise through the few-mode fiber not usable .... I will post some updates once the mini IFU is implemented and running. Iodine cell is difficult to use on a single-mode spectrograph. One could use tungsten light fed and generate an absorption spectrum which is injected into the reference fiber.

Cheers


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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 16. Mai 2016, 13:05:37 PM 
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Hi Tobias,

ok!

Well, now I'm a bit confused. What kind of fibre are you actually using between telescope and MM-input? I thought it's a SM but now it's a FM?! Or turns the SM to a FM only in the blue spectral region?

I've build a IFU with MMFs

https://dpsablowski.wordpress.com/mifus/

I wanted to turn this to a VPHG spectrograph to monitor the Halpha line of nebulae in order to detect high velocity streams (yets from young stars???). That's why I'm looking for a real-time stabilization method. But Iodine does not work at Halpha, I guess...

A more general question:

What are you trying to study with you spectrograph? RV, applicability of SM, FM, photonic lanterns?

ciao,
Daniel

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 16. Mai 2016, 13:44:15 PM 
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Zitat:
Hi Tobias,

ok!

Well, now I'm a bit confused. What kind of fibre are you actually using between telescope and MM-input? I thought it's a SM but now it's a FM?! Or turns the SM to a FM only in the blue spectral region?

I've build a IFU with MMFs

https://dpsablowski.wordpress.com/mifus/

I wanted to turn this to a VPHG spectrograph to monitor the Halpha line of nebulae in order to detect high velocity streams (yets from young stars???). That's why I'm looking for a real-time stabilization method. But Iodine does not work at Halpha, I guess...

A more general question: What are you trying to study with you spectrograph? RV, applicability of SM, FM, photonic lanterns?
The device uses a SMF-28 fiber as few-mode link between telescope and lantern. The SMF28 supports N number of modes in the visible with less modes in the red and bit more in the red. Basically this works only well over a shorter wavelength range. The direct write technique has some issues and scattered light is one of them. You basically have to bend the waveguides in the chip to reduce this but then u encounter bend losses .... and so on. These devices are basically designed for the NIR where they operate a high efficiency.

The motivation behind this project is to monitor (at high cadence??) K-giants up to V=8 at S/N=10 (t=1200s) using an array of spectrographs on small telescopes to disentangle asteroseismological jitter from planetary signals. The single-mode fiber alone + average seeing 3" is currently useful up to V=3.5 (S/N=15 at 1200s exp. time) but with the new grating installed (double spectrograph efficiency), a multi-fiber input and tip/tilt active optics we may push this bit further.

Cheers

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 Betreff des Beitrags: Re: Schallwellen (P-Moden) der Sonne
BeitragVerfasst: 16. Mai 2016, 19:15:18 PM 
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Hey Tobias
Zitat:
The motivation behind this project is to monitor (at high cadence??) K-giants up to V=8 at S/N=10 (t=1200s) using an array of spectrographs on small telescopes to disentangle asteroseismological jitter from planetary signals.
That's is very interesting! But one question: Why K-giants?
Zitat:

and tip/tilt active optics we may push this bit further.
Ok, cool. Will you use a commercial device? I would be very very interested if this would improve the situation, since you need to keep exposure times small of the guider to apply useful corrections to the correcting window.

cheers,
Daniel

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BeitragVerfasst: 17. Mai 2016, 10:03:57 AM 
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Zitat:
That's is very interesting! But one question: Why K-giants?
First of all, they are bright and luminous and they have heaps of lines. Many of theses (K)-giants are quite active which makes planet detections difficult. The amplitude of these oscillations is somehow comparable with RV signals of Jupiter-sized planet. Using a network of (cost-effective) small telescopes we hope to dramatically increase the data point sampling which hopefully will allow us to disentangle these stellar oscillations from real planetary signals.
Zitat:
Ok, cool. Will you use a commercial device? I would be very very interested if this would improve the situation since you need to keep exposure times small of the guider to apply useful corrections to the correcting window.
Commercially available devices like the SBIG ones are limited to about 10 Hz. In reality, you would like to have many 100 Hz. I am only partially involved into this so I am currently not aware of the current state of this device. But there is an interesting paper which shows what could be in principle feasible.

http://proceedings.spiedigitallibrary.o ... eid=789995

Cheers

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