Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Hallo Spektroskopiegemeinde!

Da ich nicht gleich alles zuspammen möchte, kombiniere ich die Vorstellung meiner Person mal mit diesem Thread.

Ich studiere Chemie an der Universität Mainz und beschäftige mich seit nunmehr 5 Jahren intensiv mit Astronomie, auch auf astrofotografischer Ebene. Vor über einem Jahr habe ich, damals noch in der Schule, eine Facharbeit über die Grundlagen der Sternspektroskopie, vor allem aber über die Rolle der Spektroskopie bei der Weiterentwicklung unseres Atommodells, geschrieben. Wer mal reingucken möchte kann dies hier tun.
Dafür gabs dann auch 2008 den Facharbeitspreis Physik der DPG.

Die Spektralklassifizierung habe ich damals mit dem Baader Einschraubgitter, das zufällig auf der Schulsternwarte zur Verfügung stand, durchgeführt.
Allerdings hatte ich schon während der Erstellung der Facharbeit das Bedürfnis nach mehr Auflösung und damit mehr Möglichkeiten, wie z.B. Radialgeschwindigkeitsmessungen.

Nun habe ich endlich die Möglichkeit mir diesen Wunsch auch zu erfüllen, da ich in der Uni an astronomisch interessierte Leute geraten bin, die mich in diesem Projekt unterstützen und mich auch in Kontakt mit den feinmechanischen Werkstätten gebracht haben.

Das Littrow Design kommt mir dabei, aufgrund der kompakten Bauweise, ganz sympathisch vor. Es scheint auch eine Art Modeerscheinung zu sein. Den Aufbau habe ich auch schon im Kopf. Beim Kollimator möchte ich auf keinen Fall über 200mm Brennweite (bei f/4) gehen.

Als Kamera steht mir eine 350D zur Verfügung, die ich gerne nutzen würde, was mich jedoch gleich zur ersten Frage führt, nämlich inwiefern mit dieser Kamera spektroskopische Messungen überhaupt möglich sind. Die nötigen Belichtungszeiten werden, so wie ich das sehe, nicht zu unterschätzen sein. Wie steht es denn um das Signal-/Rauschverhältnis? Welcher Wert sollte da nicht unterschritten werden um ein brauchbares Spektrum zu erhalten?

Betrieben werden soll der Spektrograph entweder an einem f/4 8" Newton, oder an einem f/6,9 80mm Apo. Ich weiß der Bereich ist sehr groß, man sollte sich am f/4 orientieren, das Gitter wird dann eben nicht mehr komplett ausgeleuchtet beim Apo, obwohl das auch wieder davon abhängt, ob ich einen Spalt-/Faser-, oder spaltlosen Spektrographen baue, was mich zur nächsten Frage führt:

Beim spaltlosen oder Spaltspektrographen bin ich gewichtstechnisch natürlich irgendwo begrenzt, daher tendiere ich eher zu einem fasergekoppelten Spektrographen, dann kann ich das Ding auch so stabil bauen wie ich möchte. Wie bekannt ist liegen die kleinstmöglichen Fasern bei 50mü. Wie erreiche ich bei diesem limitierenden Faktor denn überhaupt noch ausreichend hohe Auflösungen (7000 um den Dreh) ohne den Spektrographen zu verlängern (Kollimator 200mm) und zu große Gitter (50x50 ist denke ich das Maximum das ich nehmen möchte bei 1200 Linien) zu benötigen. Mit Simspec_slit lande ich bei R~3300 bei H-alpha. Arbeiten in höheren Ordnungen wäre natürlich möglich, geht aber mit Lichtverlust einher und damit auch aufs S/R-Verhätnis. Mit welchem Öffnungsverhältnis koppelt man denn aus einer Faser üblicherweise aus? Ich kann mir nicht vorstellen, dass es genau dem Einkoppelverhältnis entspricht.
Herr Schanne hat, wie ich gesehen habe, versucht die Faser zu verjüngen um zu hohen Auflösungen zu kommen, hat aber leider nicht den gewünschten Erfolg gehabt bisher.
Warum schnappt man sich denn nicht eine sagen wir 100mü Faser, auf die unkritischer nachzuführen wäre und setzt dann im Spektrographen einen Spalt direkt auf die Faser um das Strahlenbündel in der Breite zu begrenzen. So hätte man zwar einen gewissen Lichtverlust, aber wäre dieser nicht zu verschmerzen gegenüber des Auflösungsgewinns?
Gibt es eigentlich fertig konfektionierte Fasern, die nicht mehr geschliffen werden müssen? (Habe hier was von Sachsenkabel gelesen, was hat man da für Erfahrungen gemacht?) Wenn ich mich jedoch fürs Schleifen entscheiden sollte, könnte man nicht eine fertig konfektionierte Faser (z.B. mit FC Stecker) nehmen und diese samt Ummantelung (diese ist ja meist aus PVC) plan schleifen? Wer hat eigentlich noch Schleifpapier? Sollte ich da mal bei der ESO, genauer bei CAOS anfragen, oder hat von Euch vielleicht noch jemand Reste?

Ich denke das wars erstmal von meiner Seite, ich hoffe ihr findet Zeit meine vielen Fragen zu beantworten, ich würde mich freuen.

Viele Grüße und cs,

Jan-David

Ich antworte mir einfach zunächst mal selbst, da ich auf der Internetseite von Herrn Zlender inzwischen das von mir angedachte Verfahren des Spalts hinter der Faser bei seinem Czerny-Turner Spektrographen in Anwendung fand. Vielleicht könnte er sich bei Gelegenheit dazu einmal äußern, auch zum mysteriösen Alugehäuse zur Anpassung des Öffnungsverhältnisses der Faser.
Für mich stellt sich die Frage was weniger Verlust bedeutet. Annahme 50mü Faser: Wechseln in die 2. Ordnung, da geht natürlich viel Licht vorbei am Gitter, oder Einsatz eines Spaltes und Abblenden auf 25mü entlang einer Achse.
Außerdem hätte ich eine Frage zu Diffraktionsgittern. Ich habe gelesen, dass es bei den mechnisch "geschnitzten" Gittern zu unerwünschten Reflexionen und Geisterbildern kommen "kann" im Gegensatz zu den interferometrisch hergestellten. Man könnte natürlich, wenn man zu holografischen Gittern geht auch über die Gitterkonstante das Auflösungsvermögen drastisch erhöhen. Wie sind eure Erfahrungen damit. Die geritzten Gitter haben ja eine leicht bessere Effizienz. Macht sich das bemerkbar?

Viele Grüße,
Jan-David

Hallo Jan-David!

Herzlich willkommen im Forum! Das sind schon viele Fragen und Du hast schon einiges angedacht. Um den Überblick zu bewahren, versuche ich einzelne Fragen zu beantworten,

Um Radialgeschwindigkeiten von Doppelsternen zu messen, ist ein hohes Auflösungsvermögen R natürlich wünschenswert. Allerdings kann man die Messgenauigkeit drastisch erhöhen, indem viele Spektrallinien genutzt werden. Mit einem normalen Spektrographen ist das nur begrenzt möglich, gerade, wenn er ein hohes R, also einen kleinen Spektralbereich mit wenigen Linien abdeckt. Für so was bieten sich später, wenn Du Erfahrungen gesammelt hast, Echelle-Spektrographen an. Durch den Selbstbau eines Spektrographen wirst Du sehr viel lernen. Ich finde so was optimal, gerade weil man aus Fehlern lernt.

Littrows sind deshalb so beliebt, weil sie relativ kompakt zu bauen sind und eine zweite Linse eingespart wird. Du nutzt also schon Simspec_Slit! Sehr gut, Du solltest Dein Sheet mit Deinen Parametern hier einstellen, dann kann jeder damit „spielen“, um das Optimum zu finden.

Bernd Hanisch nutzt auch eine Farbkamera für seine Arbeiten. Er wird Dir dazu hinreichend Informationen geben. Ich persönlich rate davon ab. Alle drei Farbkanäle müssen immer kalibriert werden und man muss das gut im Griff haben. Eine monochromatische Kamera ist dabei besser und liefert recht simpel alle Kalibrationsaufnahmen (Bias, Dark, Flat). Aber nutzen, kann man die 350D durchaus. Es spricht ja auch nichts dagegen, erstmal mit der vorhandenen Technik zu arbeiten. Wechseln kannst Du dann immer noch.

Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis S/N hängt natürlich von Belichtungszeit, Teleskopöffnung, Effizienz der Kamera sowie von der Sternhelligkeit ab. Um eine Nachführung kommst Du aber nicht herum (außer bei der Sonne). Das nötige S/N hängt von der Fragestellung Deiner Arbeit ab. Willst Du nur Äquivalentbreiten messen oder auch eine Linienprofilanalyse durchführen, also Variationen detektieren? Mit einem S/N ab 50 kannst Du ersteres schon halbwegs genau machen, für eine Linienanalyse braucht es aber durchaus schon 200.

In unserer Gruppe werden auch mit kleinen Teleskopen schon erstaunlich gute Ergebnisse geliefert, doch das hängt auch hier wieder von der Teleskopapertur ab. Deine Wahl sollte tatsächlich auf den 8“ Newton fallen, weil er mehr Licht sammelt bzw. ein immerhin 2.5mal besseres S/N liefert als der 80mm. Du wolltest einen f/4 Kollimator nehmen. Das Gitter wird dann komplett ausgeleuchtet. Abgesehen von dem recht kleinen Seeingscheibchen im Fokus des Teleskops (etwa 15 µm) ist das schon ein guter Ansatz. Daher bietet sich ein Spaltloser Spektrograph an. Gemäß Nyquist-Kriterium sollte die Sternabbildung bzw. der Spalt von 2 Pixel abgedeckt werden. Wegen interner Verbreiterungseffekte (z.B. Beugung) sollten es 2.5 – 3 Pixel sein. Das schaffst Du mit herkömmlichen Pixelgrößen nicht mehr und Du undersamplest. Dein Seeingscheibchen (PSF) definiert also die Auflösung.

Ja, Fasern bieten sich bei Gewichtsproblemen durchaus an, doch ihre Nachteile (Degradation der F-Zahl, Effizienz) darf man keinesfalls übersehen. Diese Probleme führen dazu, dass Profis maximal etwa 70% Licht durch die Faser bekommen. Bei Amateuren ist das deutlich weniger (bis zu 5%). Damit reduziert sich das S/N natürlich. Bedenke, dass eine Fasereffizienz von 20% Deine effektive Teleskopöffnung um den Faktor 5 reduziert, Dein 20cm wirkt dann wie ein 4cm! Außerdem hast Du das Problem mit der Auflösung (50µm-Faser) ja auch erkannt. In hoher Ordnung zu arbeiten, reduziert das S/N dann auch schon wieder. Klar, wenn Du Dich auf helle Sterne begrenzt, kannst Du hinter die Faser einen Spalt legen. Effizient ist das aber nicht. Ob das gegen die bessere Auflösung zu verschmerzen ist, entscheidest Du. Da Du CAOS anmerkst, hast Du auch schon alle Probleme der F-Zahlen am Ein- und Ausgang endeckt.

Setz mal Dein Simspec hier ein.

Gruß, Thomas

Hallo Jan-David,

ich habe auch eine 350D benutzt. Fuer den Anfang kann es ganz hilfreich sein, einen Farb-Kamera zu haben.
Man muss dan weniger raetseln wo man in seinem Spektrum ist, vo allem bei der Einstellung des Gitters kann das
ganz hilfreich sein.
Der 350D hat auch gravierende Nachteile. Unter 415-420nm hast Du kaum Signal mehr
(bei mir liegt der Grenze so bei 417nm) und auch H-alpha ist schon sehr schwach.
Im visuellen Bereich ist der Empfindlichkeit OK, auch wenn eine Monochrom-Kamera
natuerlich besser ist.

Ein Nachteil von Farbkameras allgemein ist das die "pixel" keine pixel sind, sonder nur 1/2 pixel (wenn man ein pixel als kleinstes Bildelement definiert).
Wenn es um das von Thomas genennte "Undersampling" geht, kann man diese pixeln nicht als "vollwertig" betrachten.
Ich denke, es macht deshalb wenigSinn, weniger als 5-6 pixel Aufloesung nach zu streben. Das ist mit den kleinen pixeln der 350D ohnenhin schon schwierig genug.

Der Vorteil der 350D ist, dass Du fuer "wenig" Geld eine grosse chip bekommst.
Man hat dann zwar weniger Effizienz per photon, aber kann ein grosseren Wellenlaengebereich abdecken,
wofuer man ansonsten vielleicht 2 Aufnahmen brauchen wurde, mit allen Nachteile von eine Neueinstellung der Spektrographen.

Was den Gitter betrefft: bei einem geritzten Gitter kannst Du bis 1200 l/mm gehen, fuer mehr
sollte man ein holographisches Gitter nehmen.
Ein geritztes Gitter werft immer "ghosts", bei Qualitaetsgitter (auch bei gute Replikas) sind die aber nur bei hohe
Signal-rausch Verhaeltnisse bemerkbar, fuer den Amateur spielt das selten eine Rolle.

Wenn Du nicht ganz genau weiss, was Du in der Spektroskopie willst, wurde ich nicht nachstreben jetzt schon der perfekte Spektrographen zu bauen.
Mit ziemliche Sicherheit werdest Du 2 oder 3 bauen bevor Du halbwegs zufrieden bist.
Deshalb wurde ich empfehlen zu den preisguenstigeren geritzten Gitter zu greifen, es sei denn, Du brauchst mehr als 1200 l/mm.

Gruesse, Sander

Hallo Jan-David,

deine Arbeit aus dem Leistungskurs ist sehr gut geraten. Daraus kann ich entnehmen, dass du schon über eine Menge Wissen und Erfahrung zur Spektroskopie gesammelt hast.

Aus meiner Sicht wäre der Bau eines spaltlosen Spektrographen für dich der nächste Schritt. Mit f/4 an deinem 8"-Newton kannst du auch weniger helle Sterne messen. Das kleine Sternscheibchen des schnellen Newton lässt hohe Auflösungen zu bei relativ geringen Nachführproblemen und es kommt deiner Kamera mit ihren kleinen Pixeln entgegen. Am Newton-Auszug kannst du keine hohen Gewichte anbringen, weshalb sich ein Littrow-Spektrograph aufdrängt. Geeignete Objektive bekommst du kostengünstig über ebay oder ähnliche Veranstaltungen.

Du kannst möglicherweise auch noch später diesen Spektrographen mit einem Spalt nachrüsten. Aber Spaltspektrographen benötigen eine Beobachtungsoptik für das Sternscheibchen auf dem Spalt und eine entsprechend genaue geregelte Nachführung. Wenn du keine stationäre Sternwarte zur Verfügung hast (also jeden Abend neu aufbauen musst), sollte die Technik einfach bleiben, damit du nicht zu lange Aufrüstzeiten hast.

Wenn du Lust hast, kannst du auf meiner website "Tagebücher" von mir finden, in denen du viele Tips entdecken wirst.
http://home.arcor.de/l.schanne/OSSV/Ein ... stieg.html

Viele Grüße
Lothar
(auch ich hatte vor vielen Jahren in Mainz mein Diplom gemacht, ebenfalls ich Chemie, damals am physikalisch chemischen Institut (Prof.Liptay)).

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Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/

Vielen Dank für die reichhaltigen Antworten.

Auch mal ganz nach der Reihenfolge:
Zunächst mal hier das Excel Sheet zum Rumspielen in zwei Versionen.
KLICK
Einmal mit 150er Kollimator, einmal mit 200er Kollimator beides mal 1200er Gitter. Vorteil bei 150er Kollimator: Auch in der zweiten Ordnung bei 1200, oder 1. Ordnung 2400, geht kaum Licht am Gitter vorbei + besseres SN-Verhältnis + kleinere Linse nötig.
Grund für 40mü Spaltbreite... Ich möchte eine 50mü Faser nehmen und mit einem Spalt auf 40mü abblenden. Da ein Gaußprofil am Faseraustritt herrscht (meine ich zumindest) ist das Wegschneiden von jeweils nur 5mü auf jeder Seite mit relativ wenig Lichtverlust im Verhältnis zum Auflösungsgewinn verbunden. Ich lasse mich jedoch auch gern noch umstimmen.
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Hallo Thomas!

Einen Echelle wollte ich noch nicht bauen, da ich noch ein bisschen Kontakt zur unteren Auflösungsklasse halten möchte. Irgendwann ist der aber fällig, da hast Du wohl Recht.
Die SN-Werte sind schon hilfreich, da kann man sich orientieren, wunderbar.
Einen spaltlosen Spektrographen möchte ich nicht in diesem Auflösungsbereich bauen. Die Faser wird mir zunehmend sympathisch, weil ich dann nicht aufs Gewicht achten muss, eventuell noch eine Schrittmotorsteuerung für die Gitterdrehung einbauen kann und und und... mir fällt da genug ein was nicht am OAZ hängen könnte. Ich bin zur Zeit aber an einem kleinen Spektrographen dran, der mit einem konkaven Flatfield-Gitter ausgestattet sein wird. Der wird dann wohl für Spektralklassifizierung eingesetzt. Für diesen brauche ich auch keine weitere Unterstützung, das kriege ich schon ganz gut hin denke ich und hilft mir beim Sammeln von Erfahrungen bei der Konstruktion. Lediglich bei dem größeren Zweitprojekt, das ich angedacht habe ist mir eben ein Informationsaustausch mit den Profis, also Euch, Gold wert.
Mal sehn ob ich das richtig verstanden habe... Wenn ich also mit f/4 einkopple, kommt eigentlich das Meiste auch als f/4 wieder raus. Bei größeren Öffnungsverhältnissen wird auch viel Licht in niedrigen Öffnungsverhältnissen ausgestrahlt, weshalb ich Lichtverlust haben könnte wenn ich meine Linse nicht groß genug wähle.
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Hallo Sander!

Ja, die Filterkurve der 350D ist mir hinlänglich bekannt aus der Astrofotografie... Ich überlege ob ich mir nicht mal den Filter ausbaue. Ansonsten ist mir bewusst, dass eine SW-Kamera deutlich bessere Ergebnisse liefert, ich denke auch diesen Schritt werde ich irgendwann tun, nur jetzt wie gesagt erstmal mit vorhandener Hardware arbeiten.
Mit der jetzigen Konfiguration habe ich ca. 6px pro Halbwertsbreite wie Du sehen kannst, ich denke das klappt schon so.

Das Problem ist weiter, dass Gitter meist in die erste Ordnung geblazed sind. Die zweite Ordnung ist demnach sehr sehr sehr schwach. Ich hab heute selbst gestaunt wie schwach die eigentlich ist. (Habe heute die Brennweite des Konkavgitters mit Foucaulttest gemessen, da ich kein Datenblatt dafür habe) Die -2. Ordnung ist meist heller als die 2., eventuell sollte dann diese verwendet werden. Optimal ist das jedoch nicht. Die eierlegende Wollmilchsau scheint es nicht zu geben. So wie ich das sehe muss ich mich entweder für Radialgeschwindigkeitsmessungen, auch an schwachen Sternen entscheiden, bei einem 2400er Gitter, oder aber bei einem 1200er Gitter für mäßige Auflösungen bei allen Objekten und Benutzung der zweiten Ordnung nur für helle Objekte. Der Preis sollte dabei eine untergeordnete Rolle für mich spielen. Wenn ich so ein Projekt angehe dann möchte ich auch das Optimum rausholen und dann nicht sagen: "Na ja wenn ich noch ein kleineres Gitter nehme habe ich zwar nur ein viertel so viel Licht, bezahle aber nur 2/3 vom Preis des großen Gitters, ist doch klasse." Diese Geiz ist geil Mentalität führt selten zum gewünschten Erfolg, zumindest bei mir und wer billig kauft kauft grundsätzlich zweimal.
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Hallo Lothar!

Ja in der Tat steckt da ne Menge Arbeit und Wissen drin aus dem ich jetzt während des Studiums auch gut schöpfen kann.
Da fühle ich mich ja gleich heimisch bei Dir, denn ich werde auch noch Diplomchemiker und gehöre damit einer aussterbenden Rasse an. Ab nächstem Semester hält auch hier in Mainz leider leider Bachelor-Master Einzug.
Wie ich bereits oben schrieb baue ich gerade an einem Spektrographen niedriger Auflösung mit Konkavgitter. Ich habe mir das schon so gedacht, dass ich zunächst mit einem kleinen Projekt Erfahrungen sammle und dann das Große angehen.
Ich bin im Besitz einer EQ-6 und beherrsche diese durch Autoguiding mit einer mit SW-Chip ausgestatteten ToUCam ganz gut. Da ich wie gesagt auch in der Astrofotografie Fuß gefasst habe ist mir genaues Nachführen kein Fremdwort. Außerdem besitzt die Vereinssternwarte hier in Mainz demnächst wohl eine sehr vernünftige stationäre Fotomontierung, ich bin also in guter Gesellschaft mit meinem Vorhaben, auch auf Hardwareseite.
Deine Tagebücher habe ich mir schon oft zu Rate gezogen und den wertvollen Tipp mitgenommen meinen Spektrographen wohl gänzlich aus Alu zu fertigen, auch und gerade wenn er nicht direkt am Telskop hängt.

So jetzt bin ich mal gespannt.

Viele Grüße und nochmals Danke für den regen Informationsaustausch,

Jan-David

Hallo Jan-David,
von einer LWL Einspeisung würde ich an deiner Stelle erst mal absehen. Da kannst du dir 'ne Menge Frust abholen - so ist es schon einigen in der FGS gegangen. Aber irgendwann werden wir das noch schaffen.
Übrigens, um RV's zu messen brauchst du nicht unbedingt eine Super-Auflösung > 10.000. Da genügen auch schon 3.000 oder 5.000. Bei geringerer Dispersion hast du eben mehr Linien zur Ausmessung zur Verfügung (und die Linien haben ein symmetrischeres Profil) und mehr Neonlinien für eine genaue Kalibrierung. Was hilft es dir, wenn du nur eine Sternlinie hast und nur 2 Neonlinien zum kalibrieren? Das wird dann nichts vernünftiges.
Schau dir in dieser Hinsicht die Beiträge von Roland Bücke an. Er ist der große RV-Künstler hier in der FGS.

Liebe Grüße nach Mainz
Lothar

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Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/

Hallo Lothar,
also da bin ich noch nicht so überzeugt.
Dadurch, dass ich einen rel. großen Chip habe bekomme ich selbst mit R~10000 noch 30nm unter. Da sind im Schnitt 5-6 Ne-Linien dabei.

Ich bekam heute eine interessante Anregung... Nachweis des Zeeman Effekts an Sonnenflecken. Klar, momentan siehts auf der Sonne sehr mau aus, aber das geht vorüber. Dafür ist dann schon eine hohe Auflösung (zumindest bei einigen Linien) von Nöten, deshalb habe ich so großzügig kalkuliert. Gut wie gesagt, man könnte ja mit einem 1200er arbeiten, dann hätte man beide Möglichkeiten. 2. Ordnung für Sonne dürfte dann sogar noch gut funktionieren... und das Gitter wechseln und zu einem 2400er gehen kann man später auch noch.
Ich denke der Grundaufbau sollte aber schon irgendwie stehen. Ich sag mal so, ich möchte lieber selber die Erfahrung machen, auch auf die Gefahr hin, dass es scheitert, anstatt dass es mich ewig wurmt ob es nicht vielleicht doch hätte klappen können.
Ich werde jetzt aber zunächst mal den kleinen Spektrographen fertigstellen und mich dann an Größeres wagen.
Ich nehme bis es soweit ist jedoch jeden neuen Hinweis und jede neue Anregung gerne auf.

Hi Jan-David,

setze dich doch mit Dieter Goretzky in Verbindung. Der kennt sich mit der Sonne aus, bei irgendwo R=60.000.

Lieber Gruß
Lo

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Herzliche Grüße / best regards

Lothar

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Als Echelle nehme ich an... Danke für den Tipp, ich wende mich an ihn, möchte aber doch erstmal selber die nötige Dispersion ausrechnen. Alles vorkauen lassen möchte ich mir ja nicht.

Viele Grüße und gute Nacht,

Jan-David

Hallo Jan-David!

Die Sache mit einem Echelle habe ich auch nur der Form halber angemerkt. Man sollte mit sowas nicht anfangen, ohne erste Erfahrung gesammelt zu haben.

Die Frage ob Fiber oder nicht, sehe ich so, wie Lothar. Das ist eine delikate Sache. Wenn Du mit f/4 einkoppelst, degradiert der Strahl schon sehr früh, dann wird der kritische Winkel in der Faser erreicht und Licht leckt heraus. Du musst bei einer Faser dafür sorgen, dass trotz FRD das Licht nicht leckt. Dazu bedarf es einer höheren F-Zahl am Eingang.

Und in der 2ten Ordnung solltest Du besser nicht arbeiten. Die Effizienz ist für normale Sterne zu niedrig und das S/N geht bei normalen Belichtungszeiten in den Keller.

Dein Simspec zeigt sehr schon Dein Problem mit dem Spalt. Du hast ein Seeing-FWHM von 23.6µm und willst einen Spalt von 40µm einsetzen. Dann ist der Spalt jedoch wirkungslos und Deine Auflösung wird davon nicht beeinflußt. Wie schon gesagt, Du kannst ohne Spalt arbeiten und bei so kleinen Teleskopbrennweiten ist das auch normal (es sei denn, Du willst die Spalttechnik lernen). Ein Spalt von 20µm ist schon die Grenze des Machbaren, darunter treten Beugungseffekte auf und die Modular Transfer Function (MTF) bzw. das S/N fallen ab.

Gruß, Thomas

Hallo Jan-David,

das mir dem blaze-winkel fuer 2e Ordnung ist kein grundsaetzliches Problem.

Ein Gitter das fuer 1e ordnung bei 1000nm geblazed ist, wird bei 500nm optimal sein
in der 2e Ordnung.
Deshalb haben Echelle-Gitter, die in hoher Ordnung betrieben werden, auch irsinnig grosse blazewinkel.

Gruesse, Sander

Hallo Thomas!

Also irgendwie hab ich ein Verständnisproblem.
Man beachte dieses Bild: http://www.eso.org/projects/caos/fibre/frd_abs.gif

"...we conclude that a telescope beam channeled by a fibre degrades faster for slower beams...".

Du erzählst mir irgendwie genau das Gegenteil indem Du sagst wenn ich schnell einkopple würde der Strahl früh degradieren.
Ich sehe doch aber am Graphen, dass bei f/3 mehr Licht auch beim gleichen Öffnungsverhältnis wieder herauskommt als das bei langsameren Einkoppelverhältnissen der Fall ist. Wo ist mein Denkfehler dabei?

Das Problem mit dem Spalt, wie Du es nennst, habe ich aber nur wenn ich tatsächlich ohne Faser, aber mit Spalt arbeiten möchte. War davon die Rede? In der Faser wird das Seeingscheibchen ja eh "verschmiert" von daher ist mir das Seeing im Fall des Faserspektrographen doch relativ egal. Die Seeing FWHM habe ich ja auch nur mal so für extra schlechtes Seeing eingegeben, das ist ja nur dann interessant wenn ohne Faser gearbeitet würde, was ich jedoch noch nicht so sehe.
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Hallo Sander!

Stimmt, ich habe es selbst nochmal mit der Gittergleichung nachvollzogen. Die Ordnung steht einfach nur als Faktor im Zähler. Mit einem Blazegitter das auf 1000nm in der ersten Ordnung geblazed ist lässt sich also gut in der zweiten arbeiten.
Da die Lichtintensität pro Pixel in der ersten Ordnung doppelt so groß sein sollte wie in der zweiten dürfte die erste Ordnung sogar noch relativ hell erscheinen und so auch zur Verfügung stehen. Wie die Effizienzkurven allerdings wirklich aussehen würde mich dann im Speziellen interessieren und müsste erprobt werden.
Die 1000nm sind aber aus geometrischen Gründen auch die obere Grenze was Blazewinkel angeht. Für 1250nm werden nur noch 600gr/mm angeboten, da sonst die "Abschattung" der Furchen wohl zu groß wäre.

Viele Grüße,
Jan-David

Hallo Jan-David,

guckst du hier:

http://www.edmundoptics.com/onlinecatal ... 96&showall

efficiency curves sind da in der Tab 'Technical Images'

da gibt es in der groesse 25x25mm auch 1200 l/mm bei 1000nm
vielleicht das andere Hersteller auch grossere anbieten.

Bei Thorlabs gibt es auch gratings, die efficiency curves sind die von Edmund verdaechtig aehlich

Gruesse, Sander

PS erste ordnung und 2e ordnung zusammen koennen natuerlich nicht mehr als 100% ergeben, und die negative ordnungen muessen da auch noch bedient werden...

Ich hab sowohl den Thorlabs als auch den EO Katalog hier liegen und die Effizienzkurven kann ich fast auswendig inzwischen. Du hast mich da missverstanden. Diese Effizienzkurven beziehen sich immer auf die erste Ordnung. Für die zweite Ordnung kann die Effizienzkurve jedoch nicht identisch aussehen. Diese wäre jedoch von Interesse und auf die bezog ich mich eigentlich.
Bei Thorlabs gibt es auch größere, ich hab schon geschaut, sonst hätte ich nicht so differenziert auf das Problem ab 1250nm hingewiesen. 1250 wäre natürlich interessanter gewesen in Bezug auf H-alpha.

Viele Grüße,
Jan-David

Hi Jan-David!

Hallo Thomas!
Ich glaube, hier haben wir ein "Wording"-Problem. In der Faser degradiert das Licht kontinuierlich und ab einer bestimmten F-Zahl verlässte das Licht die Faser. Das tun natürlich nicht alle Strahlen auf einmal. Wenn Du dafür sorgen willst, dass möglichst viel Licht das Faserende erreicht, sollte die FRD nicht soweit gehen, dass Licht den kritischen Winkel erreicht und die Faser verlässt. Daher sollte man also mit einem langsamen Strahl einspeisen.

Caos sagen, dass hohe F-Zahlen schneller als niedrige degradieren. Das ist nachvollziehbar. Große Winkel degradieren bei Faserstress schneller. Das ist zu meiner Aussage aber gar kein Widerspruch. Solange die FRD nicht dazu führt, dass der langsame Strahl die Faser verlässt, ist alles in Ordnung, obwohl er vielleicht schneller degradiert als ein schneller Strahl. Der schnelle Strahl mag durchaus langsamer degradieren, doch wenn er das tut, erreicht er schneller den kritischen Winkel als der langsame Strahl und verlässt die Faser.

Die Messungen in der Abbildung zeigen das. Nimm einen f/3-Strahl an Ein- und Ausgang. Es kommt mehr Licht durch die Faser, wenn Du einen langsamen Strahl am Eingang einspeist. Für den Praktiker ist es entscheidend, was am Faserende ankommt. Was drinnen passiert, will der Theoretiker wissen (na ja, wir auch).

Gruß, Thomas

Hallo Jan-David, Das ist klar, aber dennoch enthalten sie wetvolle Info.
Wenn ein Gitter in erster Ordnung, bei, sag mal, 650 nm noch 50% Effizienz hat,
kann man davon ausgehen das in 2e Ordnung weniger als ca.30% uebrig bleibt.
Hat es nur 20% Effizienz, sieht die Sache schon deutlich besser aus.
Um 10% mehr oder weniger muss man sich keine Sorge machen, das macht letzendlich nur 5% in S/N aus.

Gruesse, Sander

Hallo zusammen,

sorry, ich hab den langen Thread erst jetzt gelesen und mache auch erstmal nur 2 Anmerkungen zum F/4 und dem Seeing-Scheibchen.

1. Problem: ein F'/4 Newton liefert die diskutierten 23 mue oder was auch immer nur auf der Achse.

Ist ja egal in der Spektroskopie, oder ? Schon, aber wer hat schon ein perfekt kollimiertes Gerät bei dem Öffnungsverhältnis? Wenn die optische Achse z.B. 5-10mm daneben liegt, ist das hier eine ziemlich theoretische Diskussion gewesen.

2. Problem: ein Littrow mit f/4, beim Feld der 350D wird auch nix, wenn man ein 2-linsiges Objektiv nimmt, egal ob APO oder sonst was.

Also, ich würde dem Newton eine Barlow verpassen, ein 1200 Gitter in 1.Ordnung wählen und mit ca. f/8 spaltlos anfangen und später einen Spalt einbauen ...



Aber auf mich hört meist keiner , wünsche trotzdem gutes Gelingen.

Gruß,
Udo

Hallo Thomas!

Ja ich denke ich habs kapiert. Nochmal in meinen Worten: Wenn ich mit f/4 einkopple degradiert der Strahl in der Faser und erreicht schneller den kritischen Winkel an dem keine Totalreflexion mehr gegeben ist. Licht geht also in der Faser verloren. Bei langsameren Öffnungsverhältnissen degradiert der Strahl zwar auch, sogar schneller, aber erreicht nicht so schnell den kritischen Winkel, da ja der Einkoppelwinkel relativ klein war und die Distanz zum kritischen Winkel größer ist.

So, nun aber die Preisfrage: Wie erfahren ich denn nun was passiert wenn ich mit f/8 bzw. f/4 einkopple... mit welchem Öffnugnsverhältnis komme ich dann hinten raus? Rein Qualitativ würde das jetzt heißen, dass ich bei f/8 ja schneller degradiere, demnach die Öffnungsverhältnis-verhältnisse (verständlich?) größer wären als bei f/4.
Nur quantitativ ist mir das noch nicht klar.

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Hallo Sander!

Jau das stimmt widerum. Das hatte ich nicht bedacht. Wenn man das berücksichtigt siehts eher schlecht mit der Idee aus, da die in Frage kommenden Gitter bei 600-700nm noch so um die 70% Effizienz haben.
Für H-alpha Linien Beobachter sind die bei 750 und 1000nm ge"blaze"ten Gitter von der Effizienz sogar am Besten! Hätte ich nicht gedacht.
Einzig in Frage kommen würde ein 830gr/mm Gitter, bei 1200nm geblazed... Wäre eine Möglichkeit, ist aber denke ich nicht empfehlenswert.
Ich denke sich auf die erste Ordnung zu konzentrieren muss wohl genügen.
___

Hi Udo!

Schönen Dank fürs lange runterscrollen und lesen.
Das mit der Barlow das hab ich in einem Nachbarthread auch gerade verfolgt... ist sicher ne gute Idee!
Könntest Du mir vielleicht Auskunft darüber geben was Du bei Deinem Czerny-Turner gemacht hast um das Austrittsöffnugnsverhältnis der Faser anzupassen ohne große chromatische Aberration einzubauen.

Wie Du siehst höre ich insofern auf Dich, dass ich das mit der Barlowlinse auf jeden Fall beherzigen werde. Kommt mir insofern auch zugute, da der Fokus weiter nach außen gelegt wird und ich so noch genug Platz für Autoguidingspielereien habe bevor in die Faser oder Spalt, je nachdem, eingekoppelt wird.

Vielen Dank im Voraus und Nachhinein für eure interessanten Denkansätze.

Grüße und cs,
Jan-David

Hi Jan-David! Ja, so hatte ich das gemeint. Soweit ich mich erinnere, hat Lothar Schanne das schon mal bestimmt. Mit Faser auf weißes Papier strahlen, Abstand festlegen und Durchmesser des Strahls bestimmen. Du kannst die F-Zahl am Ausgang aber natürlich noch mit einer extra Optik (z.B. ein normales Objektiv) an den Kollimator des Spektrographen anpassen.

Gruß, Thomas

...übrigens findest Du auf unserer Webseite unter "Literatur -> Technik-Allgemein" Publikationen zu Fiberoptiken.

Thomas

Hi,

ich hatte ja nur das etwas naive Experiment gemacht, die Faser zu verjüngen/auszuziehen. Siehe http://spektroskopie.fg-vds.de/forum/vi ... php?t=2907
Da hat man aber genau den gleichen Effekt: Durch die erzeugte Konvergenz der Faseroberfläche wird auch der innere Totalreflexionswinkel verändert, so dass an den Stellen größter Krümmung der Oberfläche längs der Längsachse das meiste Licht aus der Faser austritt. Das ist ganz deutlich zu sehen.

Aber ich meine, der Thomas Bergmann und/oder der Tobias hätten mal Messungen gemacht. Eintrittswinkel Faser variiert und Austrittswinkel gemessen.

Ciao
Lo

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Herzliche Grüße / best regards

Lothar

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hallo,

um das Austrittsöffnungsverhältnis an das des Kollimators anzupassen habe ich ein Plössl-Okular benutzt. Ein paar Farben gibt das natürlich schon.

Noch ein Hinweis zur Barlow und zum Newton. Du kannst mit ein bischen Sorfalt den Littrow ganz star am Newton anbringen, so, das es fast perfekt auf den Spalt fokusiert ist. Mittels Verschiebung der Barlow, die im Okularauszug steckt, entkoppelt vom Spektrographen, kann man dann die genaue Fokuseinstellung machen, z.B. weil die Temperaturdrift es verstellt hat.

Gruß,
Udo

Das hab ich schon vor 15 Jahren gemacht.
www.spektros.de -> Tech Notes -> Fiber Link

günter

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Im längsten Frieden spricht der Mensch nicht so viel Unsinn und Unwahrheit als im kürzesten Kriege. (Jean Paul)

Soooo, ich hab mich mal durch die Literatur zur Faseroptik gebissen und auch Günters Messungen betrachtet (Danke dafür) und muss feststellen, dass sich so pauschal keine allgemeine Faustformel finden lässt. Da heißt es wohl tatsächlich "Ausprobieren", da es stark von Faser und Biegung anhängt was hinten wie rauskommt. Allgemein lässt sich nur sagen, dass das Einkoppelverhältnis nie ganz erreicht wird, man koppelt immer schneller aus. In Übereinstimmung mit der CAOS Messung ist der Effekt bei schnellen Verhältnissen nicht so stark aufgrund der schwächeren Degradation. Je schneller eingekoppelt wird, desto mehr klafft jedoch die Schere auseinander. Da finde ich nun ganz unterschiedliche Angaben. Günter schreibt man käme keinesfalls über f/5 hinaus. Bei Ramsey (1988) sieht es so aus als würde man gerade an f/8 herankommen. Allerdings verwendete Ramsey eine 50micron Faser, Günter eine 135micron Faser...Da wird wohl irgendwo der Hund begraben liegen.
Bleibt wohl nur auf der optischen Bank zu testen was nun der Wirklichkeit entspricht.

Nochmal meine Anfangsfrage: Hat jemand vielleicht Schleifpapiere für Fasern übrig und könnte etwas günstig abtreten? Ich würde gerne ein paar Schleifversuche unternehmen.

@Udo:
Das mit dem starren Anbringen des Spektrographen sehe ich als großes Problem. Meinem Alutubus vertraue ich in keinster Weise, weshalb ich kein Freund von abenteuerlichen Konstruktionen an Rohrschellen/Tubus o.ä. bin. Ich meine das schon ernst wenn ich sage ich möchte das mit einer Faser probieren, du kannst mir ruhig glauben. In der Hinsicht bin ich wohl beratungsresistent. Außerdem haben wir nun schon so lange über Fasern diskutiert. Es wäre schade wenn dieses Wissen jetzt nicht auch zur Anwendung käme.

@Lothar:
Zu Deinem Faserausziehen hatte ich mich ja bereits sehr weit oben geäußert. Es wäre schön gewesen, wenn es so funktioniert hätte. Eventuell müsste man die Verjüngung auf die gesamte Faserlänge ausdehnen, dann könnte es klappen. Sowas ist aber natürlich von uns nicht produzierbar.

@Thomas:
Vielen Dank für den Link zur Literaturliste... wie soll ich sagen... ich hatte es einfach ausgeblendet, dass es diese Rubrik gibt.

Klar kann man alles mit entsprechender Optik wieder hinbiegen, jedoch bedeutet jedes zusätzliche Element wieder Verluste, Bildfehler und nicht zu vergessen Kosten, die es zu vermeiden gilt.

So jetzt mal gute Nacht und bis die Tage!

Viele Grüße,
Jan-david

Hallo Jan,
... als Ergänzung dazu, hier ein Plot in welchem Günters Messung zur FRD sowie meine eigene Untersuchung dargestellt wird.

Vielleicht hilfts ja weiter?

Gruß Tobias

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Dein Projekt. Mach es fertig, bevor es Dich fertig macht!

Guten Morgen!
Sehr schön. Danke!
So optimistisch wie das Ramsey hier darstellt ist das dann wohl doch nicht.
Ich nehme an beide Fasern waren bei der Messung plan geschliffen?
Zu gegebener Zeit werde ich die Mesunngen mit eigenen Ergebnissen untermauern.

Viele Grüße,
Jan-David

Hi Jan-David! Wie Du siehst, gibt es dazu nicht gerade viele Veröffentlichungen. Ich empfehle Dir daher, Deine Erfahrungen zu protokolieren und entsprechend niederzuschreiben, um diese später zu veröffentlichen. Die Community wird es Dir danken.

Gruß, Thomas

Das sowieso!
Man könnte nun gleich mal damit anfangen indem ich euch meine Facharbeit zur Verfügung stelle (s.o.). Für den ein oder anderen Physikinteressierten dürfte da durchaus was Nettes dabei sein, das die trockene Physik in interessanten astronomischen Kontext bringt und mit einigen mathematischen Anschauungen, für die Theoretiker, untermauert.

Grüße,
Jan-David

Hallo zusammen!

Ich habe inzwischen meine Messungen bzgl Gitterparameter abgeschlossen.
Da ich ein konkaves Gitter ohne Herstellerangaben habe war das nötig.
Ein Zeiss Gitter hatte ich auch noch und eines von Jobin Yvon, dessen Daten ich aber kannte.
Hier sind mal zwei Bilder von meinem Messaufbau zu sehen:

Bild des Aufbaus
Bild des Betriebs

Die diversen Gitter waren auf meinem Drehtisch, rechts im Bild zu sehen, befestigt. Diesen kann man auf 0,5° genau ablesen. Im Schnitt ergab sich daraus eine Ablesegenauigkeit von +-10 Linien/mm.
Bis zur dritten, manchmal bis zur vierten Ordnung konnte man noch Winkel ablesen, so ließ sich ein arithmetisches Mittel bilden, das die Messungenauigkeit einigermaßen kompensierte. Dass in höheren Ordnungen ein immer größerer Ablesefehler gemacht wird aufgrund der höheren Dispersion, habe ich vernachlässigt.
Trotzdem kam ich z.B. beim Zeiss Gitter auf einen Wert von 654 Linen/mm, was ja schon recht dicht am Soll Wert 651,5 liegt. Dadurch, dass ich einen He-Ne Laser mit einem DPSS Laser über einen dichroitischen Spiegel koppelte, konnte man bei zwei Wellenlängen Werte ablesen und erhielt so nochmal eine Verdopplung der Messwerte. Natürlich ist ein DPSS einer temperaturabhängigen Wellenlängendrift unterworfen, jedoch ließen sich keine Abweichungen feststellen wenn man allein die Werte des He-Ne in die Berechnungen einbezog. Die Winkelmessung erfolgte über Drehen des Tisches bis die n-te Ordnung mit dem einfallenden Strahl in Deckung gebracht werden konnte.


Viele Grüße und einen schönen Feiertag,

Jan-David

Hallo Jan David,

wie kommt man an diese Facharbeit?

Lieber Gruß
Lo

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Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/

Hallo Lothar!

Wenn Du mal in den allerersten Beitrag guckst entdeckst Du ziemlich weit oben:
Nur Mut, klick mal auf den Link.

Grüße,
Jan-David

Hallo Jan-David,

ich brauche eine neue Brille.

Lieber Gruß
Lo

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Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/

Habe ich gerade in den Ticker und unter Anfänger/Schüler unserer Webseite eingestellt. Gute Arbeit, Jan!

Dankesehr, ist ja auch etwas üppiger im Umfang und hat sich in letzter Konsequenz auch in finanzieller Hinsicht gelohnt.
Es ist doch klar, dass ich diese Arbeit dann auch der Allgemeinheit zugänglich machen möchte.

Bzgl. meines kleinen lowres Spektrographen gibt es noch wenig Neues. Ich bin gerade im Prüfungsstress und habe keine Zeit zum Bauen. Das Studium ist nunmal gnadenlos.

Im Moment sieht das gute Stück so aus: KLICK! Ist wie ein Zenitspiegel zu gebrauchen. Durch das konkave Gitter ist es sehr kompakt, da keine weiteren Linsen notwendig sind. Die Fokuslage ist etwas knapp, da muss ich noch bisschen rechnen wie das hinhaut. Das Gitter ist federnd gelagert und kann über eine Druckschraube gekippt werden. Ich melde mich wenn es was Neues gibt.

Edit: Ein bisschen spektroskopiert habe ich eben doch ganz heimlich...



Der erste Nebenbogen ist sogar zu sehen.


Viele Grüße,
Jan-David