Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Hallo,
im Rahmen der Instrumentenplanung habe ich natürlich geguckt, womit ich bei welchem Objekt auf welches SNR komme.
Hier wurde ja schon öfter die Ausgabe von dem SimSpec Excelsheet diskutiert. Diese scheint nicht sehr brauchbar zu sein und gibt viel zu hohe, also gute Werte aus.
Daher habe ich einfach mal ein wenig ausprobiert, wie ich in SimSpec zu einem SNR komme, welches zu meinen Daten passt.
Wenn ich nun mein Setup von Daniels SILENT berechnen lasse und von dort den Wert der Instrumenteneffizienz in das Feld Transmission des Spektrometers von SimSpec übernehme passt es auf einmal relativ gut. Dabei habe ich auch die bolometrische Korrektur von SILENT übernommen.
Das SNR stimmt nun +/- 20 überein. Gelegentlich habe ich auch größere Ausreißer. Dies könnte man aber eventuell mit den wetterlichen und sonstigen äußeren Bedingungen erklären?!
Als Grundlage habe ich meine Daten von Nu Gem, Y Cas, HD 45314, 37 Per und VV Cep genommen.

Im Beispiel unten Nu Gem, wo sich mein SNR in den Daten immer um 140 rum bewegt.

Was meint ihr dazu? Über welche Größenordnung der falschen Ausgabe war sonst immer die Rede?
Viele Grüße und CS
Christoph

Hallo Christoph, das ist sehr interessant, insbesondere, dass Du mit Silent auf vernünftige Werte kommst. Allerdings mit einer Systemtransmission von nur 6%. Vielleicht habe ich die Effizienzen immer überschätzt, doch 6% passen eher zu einem Echelle mit seinen vielen Glasoberflächen. Ich bin immer von 99% Effizienz einer einzelnen Linsenoberfläche ausgegangen. Um auf 6% zu kommen, muss man zu viele Oberflächen berücksichtigen, auch wenn man sehr geringe Effizienzen für Spalt und Gitter berücksichtigt. Die Frage ist also, wo das ganze Licht verloren gehen soll. Mir ist das unklar.
Gruß, Thomas

Hallo Thomas,

ich glaube, dass es so war, dass Silent Daten aus den Thorlabsangaben nutzt. Beim Gitter (Thorlabs: High Grating Efficiency of 60 to 80% at Blaze Wavelength) habe ich mit 60% gerechnet, denn wir kennen ja alle die Werbeübertreibungen unserer Astrohändler.
Man sollte auch bedenken, dass die 60% nur für die Blazewellenlänge gelten. SILENT beachtet das glaube ich. Auf jeden Fall kann man sich ja die Gittereffizienz plotten lassen.

Naja, dann habe ich 10 vis AR Oberflächen und 3 Aluoberflächen und 1 dielektrische. Dazu kommt der nicht so effiziente tot. Winkel von 55°. Und die Zentrale Obstruktion gibt es bei einigen Teleskopen ja auch.

Allerdings habe ich in SILENT mein Seeingscheibchen als Spalt angenommen (den muss man angeben), da ich ja aber ohne Spalt arbeite habe ich mindestens 25% mehr Licht. Dafür habe ich aber wieder mehr Himmelshintergrund ohne Spalt.

So richtig gut passt es wohl noch nicht, aber viel besser als vorher.

Eventuell kann Daniel ja sagen, woher die niedrige Effizienz kommt und was wir übersehen;)

Viele Grüße und CS
Christoph

Hallo Christoph, selbst wenn ich nur 98% für die Gläser nehme und je 50% für Spalt, Gitter usw., kommt das nicht hin. Diese Unklarheit bei Simspec besteht schon von Anfang an. Wir hatten zuerst gedacht, dass die Planck-Funktion falsch eingebaut ist. Das ist aber ok. Ich verstehe es einfach nicht.
Gruß, Thomas

Hallo Christoph,

ok, stimmt, ich muss die spaltlose Option noch einbauen!

In SILENT sind die wellenlängenabhängigen Transmissionsdaten hinterlegt, die man von Thorlabs bekommen kann. Man vergisst gerne das CCD Fenster und das CCD Abdeckblättchen, auch noch mal 4 (unbekannte) Oberflächen.
99% für eine Linse anzunehmen ist natürlich fern der Realität. Das gilt für geraden Einfall in einen begrenzten Bereich. Thorlabs AR Beschichtung schafft es auf 0,16 % Reflexion (rechnerisch). Also müsste man als Optimist schon mit 98% rechnen 0,98¹⁰ = 0,82. Schon sind 20 % dahin (als Optimist). Gitter 0,6 und CCD 0,6 (geht mehr im peak, ja) = 0,32
Alu bringt es auf 0,85, davon 3 sind 0,61
Was es für eine dielektrische Schicht ist?
Dann waren noch 0,75 am Spalt, insgesamt also 0,82*0,32*0,61*0,75 = 0,12
Das waren PEAKWERTE die nicht notwendigerweise auch bei der selben Wellenlänge liegen, was sie nicht tun.
Im Anhang die reine Oberflächentransmission der Optiken (10 AR und 3 Al).

Transmission der Atmosphäre kann durchaus ein erheblicher Faktor sein. Ist die Zenitdistanz bei SimSpec drin?

Also, selbst ein klassischer Spektrograph ist (als Gesamtsystem!) kein Photonenverschoner.

LG,
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/

Das wären z.B. beim LHIRES rund 19% Effizienz bei 99% pro Oberfläche, 17% bei 98% pro Oberflächer und 16% bei 97% pro Oberfläche. Wenn ich mich recht erinnere liefert Simspec für all diese Annahmen deutlich zu hohe SNR-Werte. Was sagen die LHIRES-Nutzer dazu? Irre ich mich?

Hey Daniel und Thomas,

also die dielektrische Fläche kommt vom Thorlabs 1 Zoll Spiegel.
Das CCD Fenster ist bei mir drin. Sonstige CCD opt. Flächen aber nicht.

Zenitdistanz gibt es nicht in SimSpec, aber Transmission der Atmosphäre.

Zu bedenken ist wohl auch, dass viele Optiken für den vis Bereich optimiert werden. Meine Russentonne als eigentlich Fotoobjektiv wird sicher nicht für 656 Nanometer gerechnet sein. Bei vielen Teleskopen wird die Vergütung und der Strehl doch auch eher für gelbgrün optimiert.

Mhm, Thomas, dann rechnet SILENT da aber auch keine richtigen Werte aus, denn die 6-7 Prozent habe ich ja von da.

Ich habe nochmal Merak als Test für den 125mm Kolli aufgenommen und auch da passt die SNR Berechnung ganz gut mit 10 über dem realen Wert.

Ja, wäre interessant, was die LHires III Besitzer da sagen!

Viele Grüße und CS
Christoph

Hallo Christoph,

für die Effizienz sollten die Werte von SILENT relativ gut passen. Solange die Daten von Thorlabs stimmen!
Diese Kurven werden vermutlich auch nur gerechnet sein und können durchaus auch etwas abweichen. Dass Deine SNR Werte dann aber halbwegs stimmen, halte ich für einen guten Hinweis, dass die Effizienzabschätzung in die richtige Richtung geht.
Man sollte vllt. auch noch sagen, dass die in papers veröffentlichten Effizienzwerte von Instrumenten meist Peakwerte unter Idealbedingungen sind. Oft auch ohne Einfluss der Atmosphäre.

Dann ist noch die Frage, wie SimSpec die breite des Spektralstreifens berücksichtigt? Extrahiert sollte es ja gewichtet werden (optimal extraction), sodass die Pixelzeilen mit weniger Signal auch weniger Rauschen mitbringen.

In SILENT wird über die FWHM (Seeing) quer zur Dispersion ohne Gewichtung gemittelt.

LG,
Daniel

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Daniel P. Sablowski

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... was wiederum zeigt, wie ungenau die Simspec-Werte für das S/N sein müssen. Im Gegensatz zu anderen Parametern sind die Unsicherheiten bei den Effizienzen eben zu groß.

Hallo Daniel und Thomas,

gut, dann sollte man das nur als grobe Annäherung sehen. Aber es ist so schon einmal besser als vorher, wo die Abweichung 200 und mehr betrug.

Viele Grüße und CS
Christoph

Wichtiger ist die prozentuale Abweichung. Ich gebe auf die SNR-Werte in Simspec einfach nicht viel.

Thomas, ja das stimmt schon wäre prozentual besser.

Mhm kennst Du oder jemand anders denn ein Programm oder eine Gleichung/Modell, wo das besser passt?

Wahrscheinlich haben wir als Amateure (ähnlich wie bei der absoluten Flusskalibration) nicht so die Möglichkeiten, wie die Profis. Es gibt halt sehr viele Unsicherheiten.

Profis haben es ja schon einfacher, weil die Bedingungen an den Standorten ihrer Observatorien besser und weniger variabel sind...

Viele Grüße und CS
Christoph

Hallo Christoph, wenn uns eine Möglichkeit bekannt wäre, hätte Klaus Vollmann das ja schon eingearbeitet. Wir hatten das durchaus diskutiert. Mir scheint, hier geht es auch nicht um eine einzige Formel sondern um den korrekten Input (ich hatte ursprünglich eine falsche Planck-Funktion in Verdacht). Nötig ist aber anscheinend die korrekte Eingabe der Gesamteffizienz. Die hingegen ist unbekannt. Um die zu bestimmen, müssten wir für jede Instrumentenkombination entweder exakte Flussmessungen durchführen oder alle Einzeleffizienzen genau wissen. Das wird nicht funktionieren.

Christian Buil hat mit Simspec ein wirklich gutes Werkzeug geschrieben, welches der Abschätzung hauptsächlich der Brennweiten dient. Klaus Vollmann hat das um den Spalt ergänzt. Es liefert aber naheliegenderweise nur höchst ungenaue Lichtflüsse. Das sind m.E. die natürlichen Grenzen des Tools.

Mir ist kein entsprechendes Profitool für die Allgemeinheit bekannt. Die großen Spektrographen und Teleskope sind beinahe durchweg Einzelanfertigungen, die exklusiv in den Instituten durchgerechnet und vermessen werden. Entsprechende Publikationen über die Methoden sollte es aber geben.

Ciao, Thomas

Hallo Christoph und Thomas,

es gibt natürlich als allgemeine Programme zB ZEMAX und CodeV die die Transmission berechnen. Das basiert aber ebenfalls entweder auf Fresnel oder den Daten der Beschichtungen (wie auch in SILENT, unbeschichtete Flächen werden dort mit Fresnel entsprechend Brechungsindex und Einfallswinkel gerechnet).


Daniel

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Daniel P. Sablowski

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Hallo Thomas und Daniel,

so eine Durchmessung eines Setups könnte man als Amateur ja eventuell auch noch hinbekommen?! Wenn man Absolutwerte zur Kamera hat und eine bekannte Strahlungsquelle.

Aber wie von Thomas mehrmals gesagt, wird man "atmosphärentechnisch" wohl bei der Gesamteffizienz nicht so weit kommen.

Viele Grüße und CS
Christoph

Da ist ja ein Vortrag auf der ASpekt im Juni zu diesem Thema. "Measuring the throughput in spectrographs". Mal sehen, was da kommt.

Ja Thomas,

habe ich vorhin gesehen!
Berichtet mal bitte ...

Christoph

... besser, die schreiben gleich ein Paper für unser Journal. Die werde ich verkorken!

Hallo Christoph,

zur Praxis: Mit deinem spaltlosen Spektrographen erhältst du dann ein optimales SNR, wenn du maximal scharf fokussierst. Dann wird dein Spektrumstreifen optimal schmal (die Breite des Streifens ist der Durchmesser des Sternscheibchens, vergrößert oder verkleinert entsprechend dem Verhältnis der Brennweiten von Kolli und Objektiv). Je weniger Pixelzeilen der Streifen umfasst, desto höher die Lichtdichte in den Pixeln und damit wird das SNR der einzelnen Pixel höher. Auch das Ausleserauschen wird damit auch vermindert, weil für die Spektrumextraktion weniger Pixelzeilen benutzt werden. So ganz nebenbei ist dann auch die Auflösung am höchsten.
Also: Das konsequente Fokussieren ist das A&O beim spaltlosen Spektrographen.

_________________
Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/

Hi Lothar,

vielen Dank. Das hatte ich an Nu Gem ja schon durchexerziert. Problem war da, dass die Russentonne alles andere als Stabil ist. Temperaturmäßig war alle 5 min nachfokussieren angesagt. Oder mindestens 2 Stunden vorher auskühlen lassen.

Dein Tipp per Mail, das ganze nicht nur per Auge sondern auch über die FWHM zu messen werde ich in der nächsten klaren Nacht mal umsetzten!

Viele Grüße und CS
Christoph

Hallo zusammen, unter https://spectroscopy.files.wordpress.co ... t-2017.pdf findet ihr den Vortrag von Gerardo Avila und Carlos Guirao zur Effizienzmessung eines Echelle. Das erstaunliche Ergebnis in Zahlen findet sich auf der vorletzten Seite. Der Echelle ohne Fiberoptik eine Effizienz von 42%! Ich bin darüber nicht wenig beeindruckt, doch das sind reale Messungen, die auf den Tisch vorgeführt wurden. Mir ist damit weiterhin unklar, warum Simspec zu niedrige S/N ausgibt.
Gruß, Thomas

Hey Thomas,

ein wenig verspätet... . Das ist wirklich beeindruckend! Ja dann kommt das mal überhaupt nicht hin. Eventuell spielt einfach die Atmosphäre eine zu große Rolle?!

Viele Grüße
Christoph

Hallo Christoph, das glaube ich eher nicht. Solange der Spalt an das Seeing angepasst ist, sollte lediglich die atmosphärische Transparenz auf das S/N wirken. Gruß, Thomas