Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Forum of the German Amateur Astronomy Association
Aktuelle Zeit: 12. Januar 2026, 05:44:43 AM

Alle Zeiten sind UTC+02:00




Ein neues Thema erstellen  Auf das Thema antworten  [ 17 Beiträge ] 
Autor Nachricht
 Betreff des Beitrags: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 17. September 2014, 21:42:09 PM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Dear all,

due to the bad weather on Mt. Graham, I had some time to start programming a C++ code simulate échelle raw data. The idea is to use these data to test reduction pipelines, estimate expected efficiencies, spectrograph parameters and SNR values.

The output is a .txt file which includes the pixel matrix with the calculated intensity values and the very left column correspond to the wavelengths for each order to allow single order plotting and, therefore, wavelength and overlapp determination.

Attached are two of these files for an échelle spectrograph with 31.6 l/mm grating and 300 l/mm cross-disperser for two different camera focal lengths and a plot through the order n = 140. The noise is generated by random gaussian numbers due to readout and photon noise. The inclination of the orders due to the linear diserpsion of the grating cross-disperser is also taken into account. CPU time was about 166 s for a 1500 x 1000 CCD.

Next step will be the implementation of prism cross-dispersion.

cheers,
Daniel


Dateianhänge:
Frame2.jpg
Frame2.jpg [ 166.73 KiB | 5096 mal betrachtet ]
Frame.jpg
Frame.jpg [ 164.71 KiB | 5096 mal betrachtet ]
n140.png
n140.png [ 40.66 KiB | 5096 mal betrachtet ]

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/
Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 18. September 2014, 08:23:29 AM 
Offline
Meister

Registriert: 31. Juli 2006, 16:43:32 PM
Beiträge: 3468
Hi Daniel, obviously you work on a more solid alternative to the Excel program simechelle. That sounds great.
Zitat:
The inclination of the orders due to the linear diserpsion of the grating cross-disperser is also taken into account.
Is this a general program task for grating AND prism cross-dispersers? I mean, in first approximation, the orders are not curved/inclined when using a grating cross-disperser.

Good luck in Arizona, Thomas


Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 18. September 2014, 09:05:55 AM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Hi Thomas,

the grating has a linear dispersion which means that the angle of diffraction increases linear with wavelength. That is why orders are inclined. A prism (glass) shows non-linear behavoir of the index of refraction and, therefore, of the angle of refraction. That is why orders are curved.

A picture of an echelle with 79 l/mm and now with F2 prism is shown. The sligth curvature is visible.

Daniel


Dateianhänge:
Frame.png
Frame.png [ 100.58 KiB | 5086 mal betrachtet ]

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/
Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 18. September 2014, 09:12:30 AM 
Offline
Meister

Registriert: 31. Juli 2006, 16:43:32 PM
Beiträge: 3468
OK, we talked about different things. I meant the curvature due to non-linear dispersion of a grating (only in first approximation) and prism instead of the inclination.

Cheers


Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 19. September 2014, 02:21:27 AM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Hi,

here are some 3D plots. The calculation for prism works also now.

The next step is to take care about stellar flux, CCD efficiency and all other efficiencies including atmosphere.

adios,
Daniel


Dateianhänge:
Grating2.png
Grating2.png [ 221.61 KiB | 5051 mal betrachtet ]
Grating1.png
Grating1.png [ 283.64 KiB | 5051 mal betrachtet ]
Frame_prism2.png
Frame_prism2.png [ 327.14 KiB | 5051 mal betrachtet ]
Frame_prism1.png
Frame_prism1.png [ 248.34 KiB | 5051 mal betrachtet ]

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/
Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 19. September 2014, 02:41:41 AM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 18. Dezember 2008, 17:49:06 PM
Beiträge: 244
Wohnort: St Leonards, Vic, Australia
Daniel,
Will you make this program available to others?
Ken

_________________
" Astronomical Spectroscopy for Amateurs" - Springer


Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 19. September 2014, 04:31:04 AM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Ken,

it will not be available in the very near future. Just for some friends to check for bugs.

Daniel

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/


Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 19. September 2014, 13:02:34 PM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 01. August 2006, 16:08:56 PM
Beiträge: 3866
Wohnort: 68163 Mannheim
Hello Daniel,

you write: The noise is generated by random gaussian numbers due to readout and photon noise.

Really the photon noise is proportional the squareroot(flux). Is that incorporated to your program code?

_________________
Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/


Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 19. September 2014, 20:11:24 PM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Hi Lothar,

yes the photon noise is sqrt(signal).

I have implemented also the stellar Planck radiation and an approximated CCD QE for commercial non-coated and front-illuminated CCD. The peak wavelength and the peak value can be set to the values of the individual CCD.

Some plots of different parameters vs. wavelength are attached.


Dateianhänge:
ResolvingPower.png
ResolvingPower.png [ 56.85 KiB | 5004 mal betrachtet ]
Photons.png
Photons.png [ 23.38 KiB | 5004 mal betrachtet ]
Nyquist.png
Nyquist.png [ 36.95 KiB | 5004 mal betrachtet ]
CCD.png
CCD.png [ 18.51 KiB | 5004 mal betrachtet ]
Anamorphism.png
Anamorphism.png [ 39.4 KiB | 5004 mal betrachtet ]

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/
Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 19. September 2014, 20:13:37 PM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Some more diagrams.

The stellar flux is calculated via visual magnitude and stellar temperature.

cheers,
Daniel


Dateianhänge:
Transmission.png
Transmission.png [ 18.35 KiB | 5004 mal betrachtet ]
SlitWidth.png
SlitWidth.png [ 41.52 KiB | 5004 mal betrachtet ]

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/
Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 19. September 2014, 21:13:08 PM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
And here ist a 3d landscape with grating cross-disperser. CCD QE, transmission earth atmosphere, stellar flux and efficiency of both gratings is taken into account.

ciao,
Daniel


Dateianhänge:
grating3.png
grating3.png [ 305.23 KiB | 5001 mal betrachtet ]

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/
Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 21. September 2014, 12:50:27 PM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 01. August 2006, 16:08:56 PM
Beiträge: 3866
Wohnort: 68163 Mannheim
Hi Daniel,

was du so alles machst wenn das Wetter schlecht ist. :D
Toll.

_________________
Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/


Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 22. Mai 2015, 11:42:01 AM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Hallo,

was Neues aus der Simulationsfront.

Habe mittlerweile die Option zur Berechnung von Emissions- und Absorptionsspektren eingebaut. Im Anhang ein Planckspektrum mit Wasserstoffabsorptionen exemplarisch gerechnet für einen 79 l/mm Échelle mit Prisma-CD. Für den selben Spektrographen auch ein Neonspektrum.

Gruß,
Daniel


Dateianhänge:
Neon.png
Neon.png [ 84.23 KiB | 4087 mal betrachtet ]
Absorption.png
Absorption.png [ 404.24 KiB | 4087 mal betrachtet ]

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/
Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 23. Mai 2015, 10:08:09 AM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Hallo,

hier Plots durch die beiden blauseitigen Ordnungen mit H-Epsilon und H-Delta.

Gruß,
Daniel


Dateianhänge:
Hydrogen.png
Hydrogen.png [ 94.05 KiB | 4060 mal betrachtet ]

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/
Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 04. Dezember 2015, 12:34:37 PM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Hi all,

I made some progress with this simulation. It has now a GUI and is capable of calculating échelle, 3D and classical spectrographs. It has also some tools for fibre optics and volume phase holographic gratings.

I will post here some preliminary results of a fully Th/Ar CCD image (2500 lines, line list from UVES). This took around 2 h for calculation with a CCD of 1500 x 1024 pixels.

If one is interested in the échellogram only, this is computed in some seconds (also attached). This program will be know from now on as "SILENT - Spectrograph sImuLation & EmulatioN Tool"

The program will be available at some time for free. At this time it is in the pre-alpha phase. I would be glad if someone is willing to test the program during pre-alpha and alpha state.

best regards,
Daniel


Dateianhänge:
Dateikommentar: The main window of the program
Silent_Main_Window.png
Silent_Main_Window.png [ 252.38 KiB | 3480 mal betrachtet ]
Dateikommentar: échellogram to show the geometrical layout of diffraction orders on the CCD
Echellogram.png
Echellogram.png [ 163.08 KiB | 3480 mal betrachtet ]
Dateikommentar: Th/Ar 2D image frame (1500 x 1024)
ThAr.png
ThAr.png [ 220.62 KiB | 3480 mal betrachtet ]
Dateikommentar: 3D Plot of the CCD frame (1500 x 1024)
ThAr_Prism_3D.png
ThAr_Prism_3D.png [ 305.57 KiB | 3480 mal betrachtet ]

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/
Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 05. Dezember 2015, 15:38:43 PM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 01. August 2006, 16:08:56 PM
Beiträge: 3866
Wohnort: 68163 Mannheim
Hallo Daniel,
ich bin ja immer wieder verblüfft, was du so alles machst und wie tief du dich in die Optik eingearbeitet hast.
Wir sind ja wegen des Programmpakets in Kontakt. Bin gespannt auf das testen.

_________________
Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/


Nach oben
   
 Betreff des Beitrags: Re: Echelledata Simulation
BeitragVerfasst: 06. Dezember 2015, 00:33:53 AM 
Offline
Meister
Benutzeravatar

Registriert: 11. Dezember 2009, 21:26:32 PM
Beiträge: 1267
Wohnort: 14478 Potsdam
Hi Lothar,

ja es macht einfach Spaß und die Nächte in Arizona sind sehr lang :)

Ich hoffe, dass nach der Alpha-Phase das Tool hier im Forum ankommt, aufgenommen und kommentiert/diskutiert wird.

Schöne Grüße,
Daniel

_________________
Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/


Nach oben
   
Beiträge der letzten Zeit anzeigen:  Sortiere nach  
Ein neues Thema erstellen  Auf das Thema antworten  [ 17 Beiträge ] 

Alle Zeiten sind UTC+02:00


Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 1 Gast


Du darfst keine neuen Themen in diesem Forum erstellen.
Du darfst keine Antworten zu Themen in diesem Forum erstellen.
Du darfst deine Beiträge in diesem Forum nicht ändern.
Du darfst deine Beiträge in diesem Forum nicht löschen.
Du darfst keine Dateianhänge in diesem Forum erstellen.

Suche nach:
Gehe zu:  
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Limited
Deutsche Übersetzung durch phpBB.de