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Echelle für die Sonne
https://forum.vdsastro.de/viewtopic.php?t=3189		 Seite 1 von 1
Autor:  Dieter Goretzki [ 22. März 2010, 18:40:03 PM ]
Betreff des Beitrags:  Echelle für die Sonne
Hallo zusammen,

ich verfolge die Diskussion über den Echelle-Spek für die Sterne mit großem Interesse. Das angepeilte R von ca. 20.000 ist für mich leider zu gering. Deshalb habe ich mir mal die techn. Daten des Spektrografen am VTT besorgt:

Spalt (verspiegelt, um eine Spaltbeobachtungskamera zu beleuchten)
Vorzerlegerspektrograph mit mit Kollimatorbrennweite = 4 m Kamerabrennweite = 4 m
Vorzerlegergitter (1. Ordnung)
Wellenlängenauswahl über mechanische Masken
Wahlweise statt Vorzerleger: Interferenzfilter
Kollimator (f = 15 m)
Echelle Gitter (wir haben 2 Echelle Gitter (79 Str./mm) mit unterschiedlichen Blaze-Winkeln (ca. 63°, ca. 62°), und ein Gitter (55°), das auf das nahe IR optimiert ist)
Kameraspiegel 1: f = 15 m oder Kameraspiegel 2: f = 7.5 m


Nun ist das Trum für einen Nachbau eher nicht geeignet aber ich habe doch ein paar Fragen an die Fachkundigen hier im Forum:

Offensichtlich werden keine Linsen im Strahlengang eingesetzt, das erfreut mein Herz. Der Aufbau des Echelle-Teils entspricht also dem eines normalen Cerney-Turner, oder?

Es wird kein cross-disperser verwendet ! Wenn ich das richtig verstehe wird mit dem Vorzerleger genau der freie Spektralbereich ausgewählt, der für das Echelle für eine bestimmte Ordnung passend ist.
Man hat also nur einen Spektralfaden, oder ?

Was ist sinnvoller zur Erzeugung höherer Auflösungen (R>100.000):
ein Echelle in hoher Ordnung zu betreiben oder ein entsprechend größeres Plangitter?

Viele Grüße

Dieter
Autor:  Otmar Stahl [ 23. März 2010, 11:34:04 AM ]
Betreff des Beitrags:  Echelle für die Sonne
Hallo Dieter,

On 03/22/2010 05:40 PM, Dieter Goretzki wrote:
Zitat:
Offensichtlich werden keine Linsen im Strahlengang eingesetzt, das
erfreut mein Herz. Der Aufbau des Echelle-Teils entspricht also dem
eines normalen Cerney-Turner, oder?
Das weiß ich leider auch nicht, aber ich vermute es.
Zitat:
Es wird kein cross-disperser verwendet ! Wenn ich das richtig verstehe
wird mit dem Vorzerleger genau der freie Spektralbereich ausgewählt, der
für das Echelle für eine bestimmte Ordnung passend ist.
Man hat also nur einen Spektralfaden, oder ?
Das stimmt. Der Vorteil des Vorzerlegers ist, dass das Streulicht stark
reduziert wird, da das meiste Licht gar nicht erst in den Spektrographen
gelangt. Wenn man ohnehin nur an einem kleinen Wellenlängenbereich
interessiert ist, ist das vorzuziehen.
Zitat:
Was ist sinnvoller zur Erzeugung höherer Auflösungen (R>100.000):
ein Echelle in hoher Ordnung zu betreiben oder ein entsprechend größeres
Plangitter?
In niedriger Ordnung benötigt man i.a. einen deutlich schmaleren Spalt.
Das ist bei der Sonne nicht so problematisch wie bei Sternen, aber sehr
hohe Auflösungen sind mit einem Echelle auf jeden Fall einfacher zu
erreichen, da die Winkeldispersion eines Echelle in der Regel höher ist.
Zitat:
Viele Grüße

Dieter
Herzliche Grüße,
Otmar
Autor:  Dieter Goretzki [ 23. März 2010, 19:15:34 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo Otmar,

vielen Dank für die Erleuterungen.

Ich habe da noch eine Frage:

Gibt es einen besonderen Grund warum die Echelle-Gitter rechteckig und nicht quadratisch sind?

Viele Grüße

Dieter
Autor:  Lothar Schanne [ 23. März 2010, 23:57:10 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo Otmar,

gibt es denn spezielle Echellegitter für solch hohe Auflösungen? Die Blazewinkel müssten doch den hohen Ordnungen angepasst sein?

Dieter, die Echellegitter werden alle sehr flach vom Kollimatorstrahl angestrahlt. Deshalb sollen sie rechteckig sein, damit der projizierte Kollimatorstrahl (Ellipse) drauf passt.

Liebe Grüße
Lo
Autor:  Otmar Stahl [ 24. März 2010, 10:12:32 AM ]
Betreff des Beitrags:  Echelle für die Sonne
Hallo Lothar,

On 03/23/2010 10:57 PM, Lothar Schanne wrote:
Zitat:
Hallo Otmar,

gibt es denn spezielle Echellegitter für solch hohe Auflösungen? Die
Blazewinkel müssten doch den hohen Ordnungen angepasst sein?
R>100000 erreicht man mit einem Echelle ohne *grundsätzliche* Probleme.
Notfalls muss man das Gitter und die Brennweite der Optik eben
vergrößern :-) Richtig ist aber, dass ein größerer Blazewinkel günstiger
ist, da sich dadurch die Winkeldispersion erhöht. Statt den
gebräuchlichen R2-Gittern (tan(theta) = 2, also theta etwa 63,4 Grad)
gibt es aber auch R4-Echellegitter (tan(theta) = 4, also theta etwa 76
Grad). Damit lässt sich leichter eine sehr hohe Auflösung erreichen.
Zitat:
Dieter, die Echellegitter werden alle sehr flach vom Kollimatorstrahl
angestrahlt. Deshalb sollen sie rechteckig sein, damit der projizierte
Kollimatorstrahl (Ellipse) drauf passt.
Das ist richtig. Bei einem R4-Gitter ist das natürlich noch verschärft.
Das muss 4mal so lang wie breit sein. UVES am ESO VLT hat z.B. ein R4
Echelle-Gitter, das 84x21 cm groß ist. Da es solche größen Gitter nicht
gibt, ist das ein Mosaik aus zwei - ziemlichen großen - Gittern. Damit
kann man theoretisch eine Auflösung von 2*10^6 erreichen.
Zitat:
Liebe Grüße
Lo
Herzliche Grüße,
Otmar
Autor:  Frank Hase [ 24. März 2010, 11:45:52 AM ]
Betreff des Beitrags:  Echelle für die Sonne
Hallo Otmar,

interessant, das zusammengesetzte Echelle-Gitter. Lässt sich das
wirklich so genau machen, dass man
die Auflösung erhöht? Die Justage der beiden Gitter, die dann exakt
dieselbe Gitterkonstante benötigen,
muss ja im sub-lambda Bereich genau sein, gerade so, als wollte man
einen grossen beugungsbegrenzten
Spiegel aus kleinen Segmenten zusammenfügen (eigentlich noch
schwieriger, denn beim Gitter muss man
zusätzlich dafür sorgen, dass die Furchen beider Gitter genau parallel
ausgerichtet sind).
(Ich hätte mir hier eher vorgestellt, dass man hier das theoretische
Auflösungsvermögen eh' nicht anstrebt
und mit den 2 Gittern zunächst bloss den Throughput erhöht...?)

Viele Grüße
Frank
Zitat:
Das ist richtig. Bei einem R4-Gitter ist das natürlich noch verschärft.
Das muss 4mal so lang wie breit sein. UVES am ESO VLT hat z.B. ein R4
Echelle-Gitter, das 84x21 cm groß ist. Da es solche größen Gitter nicht
gibt, ist das ein Mosaik aus zwei - ziemlichen großen - Gittern. Damit
kann man theoretisch eine Auflösung von 2*10^6 erreichen.







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Autor:  Lothar Schanne [ 24. März 2010, 12:39:38 PM ]
Betreff des Beitrags:  Re: Echelle für die Sonne
Zitat:
Statt den
gebräuchlichen R2-Gittern (tan(theta) = 2, also theta etwa 63,4 Grad)
gibt es aber auch R4-Echellegitter (tan(theta) = 4, also theta etwa 76
Grad). Damit lässt sich leichter eine sehr hohe Auflösung erreichen.
Hallo Otmar,

leider finde ich bei den üblichen Lieferanten keine R4 Gitter, die größer als 25x50mm sind. Kennt da jemand eine Quelle? Möchte mal ein System durchrechnen.

Viele Grüße
Lo
Autor:  Lothar Schanne [ 24. März 2010, 12:53:25 PM ]
Betreff des Beitrags:  Re: Echelle für die Sonne
Zitat:
Die Justage der beiden Gitter, die dann exakt
dieselbe Gitterkonstante benötigen,
...und es darf kein Phasensprung drin sein. Schwierig, schwierig.

Lo
Autor:  Otmar Stahl [ 24. März 2010, 13:05:37 PM ]
Betreff des Beitrags:  Echelle für die Sonne
Hallo Frank,

On 03/24/2010 10:47 AM, Frank Hase wrote:
Zitat:
Hallo Otmar,

interessant, das zusammengesetzte Echelle-Gitter. Lässt sich das
wirklich so genau machen, dass man
die Auflösung erhöht? Die Justage der beiden Gitter, die dann exakt
dieselbe Gitterkonstante benötigen,
muss ja im sub-lambda Bereich genau sein, gerade so, als wollte man
einen grossen beugungsbegrenzten
Spiegel aus kleinen Segmenten zusammenfügen (eigentlich noch
schwieriger, denn beim Gitter muss man
zusätzlich dafür sorgen, dass die Furchen beider Gitter genau parallel
ausgerichtet sind).
(Ich hätte mir hier eher vorgestellt, dass man hier das theoretische
Auflösungsvermögen eh' nicht anstrebt
und mit den 2 Gittern zunächst bloss den Throughput erhöht...?)
Du hast schon recht, das Gitter wurde zusammengesetzt, damit der
Throughput erhöht wird. Ob sich die theoretische Auflösung wirklich
erhöht, weiß ich nicht. Die tatsächliche Auflösung ist sowieso eher
100.000, 10^6 wurde nie angestrebt.

Nach etwas Nachforschen stelle ich auch fest, dass ich das nicht ganz
richtig dargestellt habe. Tatsächlich ist das Gitter ein monolithischer
Glasblock, allerdings wurde das Mastergitter zweimal aufgebracht. Hier
steht etwas mehr dazu:

http://obswww.unige.ch/Instruments/HARP ... rived.html

Einfach ist das ganze sicher trotzdem nicht.

Herzliche Grüße,
Otmar
Autor:  Otmar Stahl [ 24. März 2010, 14:18:49 PM ]
Betreff des Beitrags:  Echelle für die Sonne
Hallo Frank,

On 03/24/2010 10:47 AM, Frank Hase wrote:
Zitat:
Hallo Otmar,

interessant, das zusammengesetzte Echelle-Gitter. Lässt sich das
wirklich so genau machen, dass man die Auflösung erhöht?
Noch ein Nachtrag. Das UVES-Manual:

http://www.eso.org/sci/facilities/paran ... /uves/doc/

behauptet doch, dass eine Auflösung von 2*10^6 mit UVES möglich ist.
Allerdings mit 0.1 Bogensekunden Spalt, d.h., dass es praktisch nicht
wirklich relevant ist, aber immerhin scheint die Auflösung nicht durch
Ungenauigkeiten des Mosaiks begrenzt zu sein.

Herzliche Grüße,
Otmar
Autor:  Otmar Stahl [ 24. März 2010, 14:20:22 PM ]
Betreff des Beitrags:  Echelle für die Sonne
Hallo Lothar,

On 03/24/2010 11:39 AM, Lothar Schanne wrote:
Zitat:
leider finde ich bei den üblichen Lieferanten keine R4 Gitter, die
größer als 25x50mm sind. Kennt da jemand eine Quelle? Möchte mal ein
System durchrechnen.
Durchrechnen kannst Du das System ja auch ohne Lieferanten ;-) Nein, ich
kann Dir auch keine Quelle nennen. Du bräuchtest 25x100mm?

Herzliche Grüße,
Otmar
Autor:  Frank Hase [ 24. März 2010, 15:12:40 PM ]
Betreff des Beitrags:  Echelle für die Sonne
Hallo Otmar,

vielen Dank für die Infos - ja, entsprechend der Abbildung, die den
Wellenfrontfehler zeigt, ist tatsaechlich das ganze Gitter (nahezu)
beugungsbegrenzt... toll.

Viele Grüße
Frank


Otmar Stahl schrieb:
Zitat:
Hallo Frank,

On 03/24/2010 10:47 AM, Frank Hase wrote:

*:*

Hallo Otmar,

interessant, das zusammengesetzte Echelle-Gitter. Lässt sich das
wirklich so genau machen, dass man die Auflösung erhöht?


Noch ein Nachtrag. Das UVES-Manual:

http://www.eso.org/sci/facilities/paran ... /uves/doc/

behauptet doch, dass eine Auflösung von 2*10^6 mit UVES möglich ist.
Allerdings mit 0.1 Bogensekunden Spalt, d.h., dass es praktisch nicht
wirklich relevant ist, aber immerhin scheint die Auflösung nicht durch
Ungenauigkeiten des Mosaiks begrenzt zu sein.

Herzliche Grüße,
Otmar




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Autor:  Martin Dubs [ 24. März 2010, 20:39:11 PM ]
Betreff des Beitrags:  Richardson Gratings
Hallo Lothar,

eine gute Quelle für alle Arten von Gittern ist :

http://gratings.newport.com/home.asp

Richardson Gratings ist entstanden aus dem MIT Labor in Boston, wo George R. Harrison die grossen Spektrometer gebaut hat. Ich hatte mal Gelegenheit, in diesen heiligen Hallen zu arbeiten. Also die verkaufen heute alle Arten von Gittern, die Du Dir wünschen kannst, auch Echelle bis 400 mm Länge. Der Preis ist aber auch entsprechend. Ich habe mal angefragt für ein R2 Gitter mit 50 x 100 mm Grösse, 79L/mm, Zerodur Substrat. Preis rund Fr. 3000.-. Ich habe mir dann ein kleineres 25 x50 mm Gitter von Thorlabs besorgt. Damit bin ich aber auch nicht gerade zufrieden. Eine grobe Messung der Peakeffizienz bei rund 600 nm ergab rund 40%, anstelle der erwarteten etwa 70 - 80%. Thorlabs spezifiziert aber keine Effizienz bei den Echellegittern, gibt nur theoretische Werte (Soweit ich gesehen habe, sind die publizierten Effizienzkurven alle gerechnet für ideale Rillenform).
Was ausserdem empfehlenswert ist auf der Newport Richardson gratings Website ist das Diffraction Grating Handbook, mit nützlichen Formeln und Erläuterungen zur Herstellung und Verwendung von Gittern. Du kannst es herunterladen oder gratis zusenden lassen.
Günstigere Echellegitter gibts bei Newport hier:

http://search.newport.com/i/1/nav/1/q2/ ... /x4/family
allerdings nur bis 25 x 50 mm R4. Das kennst Du vermutlich.

Gruss, Martin
Autor:  Dieter Goretzki [ 24. März 2010, 21:47:32 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo Martin,

Deine Ausführungen sind interessant, irgendwo musste ja ein Haken an der Sache sein.
Für mich stellt sich das so dar:
Ich habe einen Spektrografen mit einem Plangitter von 54x54 mm²und 2604 L/mm. Damit erreiche ich ein R von ca. 120.000 wenn alles optimal eingestellt ist. Wenn ich ein R von 200.000 anstrebe, breuchte ich vermutlich ein Gitter von 110x80 mm² und 2604 L/mm. So ein Gitter gibt es aber nur direkt beim Hersteller (z.B. Zeiss) und kostet so ca. 3000,-€ (geschätzt). Es ist also in der gleichen Preislage wie ein Echelle-Gitter.
Der Vorteil des Echelle liegt u.a. in der besseren Effizienz. Dann muss es aber, wie Du sagst, ein entsprechend hochwertiges Gitter sein.
Also im Bereich von R bis 200.000 sehe ich noch keine so großen Vorteil des Echelle (mal abgesehen von den gestapelten Ordnungen). Ich bin nur an einzelnen Linien interessiert.
Eine andere Frage ist, welches R auf der Sonne für mich eigentlich sinnvoll ist. Mal abgesehen vom seeing, kann ich die Granulation sowieso nicht auflösen. Deshalb werden die Linien immer durch die Tubulenzen verschmiert. Aber nicht nur bei mir, im Internet gibt es auch Spektren der Sonne (Labs & Neckel), die mit sehr hoher Auflösung (> 500.000)aufgenommen wurden. Wenn man sich hier mal das Spektrum der Mn-Linie bei 542 nm ansieht, werden die Hfs auch nur andeutungsweise getrennt.
Wozu also diese hohe Auflösung? Ich werde beim KIS noch mal nachfragen.

Viele Grüße

Dieter
Autor:  Lothar Schanne [ 24. März 2010, 23:43:51 PM ]
Betreff des Beitrags:  Re: Echelle für die Sonne
Zitat:
Durchrechnen kannst Du das System ja auch ohne Lieferanten ;-) Nein, ich
kann Dir auch keine Quelle nennen. Du bräuchtest 25x100mm?
Hallo Otmar,

es hilft ja nichts, Systeme durchzurechnen, die nicht realisiert werden können, weil die Komponenten nicht auf dem Markt zu kaufen sind.

Ja, 25x100 mm, R4, wäre schon ganz gut.

Lieber Gruß
Lo
Autor:  Lothar Schanne [ 24. März 2010, 23:54:22 PM ]
Betreff des Beitrags:  Re: Richardson Gratings
Zitat:
Günstigere Echellegitter gibts bei Newport hier:

http://search.newport.com/i/1/nav/1/q2/ ... /x4/family
allerdings nur bis 25 x 50 mm R4. Das kennst Du vermutlich.
Hallo Martin,

25x50 mm in R4 ist doch eine Fehlkonstruktion. Die müssen 100 mm lang sein. Sonst kann man sie unter dem Blazewinkel von 74° doch nicht vollständig ausleuchten.

Lieber Gruß
Lo
Autor:  Martin Dubs [ 25. März 2010, 09:23:23 AM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo Lothar,
Zitat:
25x50 mm in R4 ist doch eine Fehlkonstruktion
Da bin ich ganz Deiner Meinung. Deswegen habe ich ja die Richardson Gratings empfohlen. Die kannst Du auch die von Dir gewünschte Länge und Breite bestellen, zum entsprechenden Preis.

Gruss, Martin
Autor:  Martin Huwiler [ 25. März 2010, 13:19:07 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo Dieter,

es gibt einfache Möglichkeiten, um die Auflösung deines Systems zu erhöhen, bevor du ein neues baust.

-Erhöhung der Kollimatorbrennweite mit einer Barlowlinse, dadurch vergrössert sich das Beugungsscheibchen, ich denke aber dass dein Spalt (10u)? ein grösseres Beugungscheibchen zulässt, das kann man aber einfach durchrechnen.

-Erhöhung der Kamerabrennweite.
Da du ja keine Linsen magst, könnten Spiegel mit längeren Brennweiten eingebaut werden.

Rechnen kannst du das bei Philippe Rousselle ganz unten:

http://www.astrosurf.com/spectrohelio/e ... riques.php

-Ein zweites Gitter in den Strahlengang mit gleicher Grösse.

-Umbau des CT auf ein Onaxis-Layout:

http://astronomyonline.org/images/Image ... Turner.jpg


Herzliche Grüsse

Martin
Autor:  Lothar Schanne [ 25. März 2010, 13:41:08 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Zitat:
Deswegen habe ich ja die Richardson Gratings empfohlen. Die kannst Du auch die von Dir gewünschte Länge und Breite bestellen, zum entsprechenden Preis.
Danke für den Tip, Martin.

Werde mal etwas durchrechnen und dann eine Preisanfrage starten. Bin mal gespannt (wahrscheinlich unbezahlbar).

Lieber Gruß
Lo
Autor:  Andreas Kaufer [ 31. März 2010, 14:54:07 PM ]
Betreff des Beitrags:  Echelle für die Sonne
Hallo,


Falls ihr noch interessiert seid, wie es zu dem Design von UVES kam und warum so ein aufwendiges Echelle Mosaik notwendig war, koennt ihr das hier nachlesen:


http://www.eso.org/instruments/uves/ins ... 8-61.ps.gz

Gruss
Andreas



On Mar 24, 2010, at 9:16, Frank Hase wrote:
Zitat:
Hallo Otmar,

vielen Dank für die Infos - ja, entsprechend der Abbildung, die den
Wellenfrontfehler zeigt, ist tatsaechlich das ganze Gitter (nahezu)
beugungsbegrenzt... toll.

Viele Grüße
Frank


Otmar Stahl schrieb:
:Hallo Frank,

On 03/24/2010 10:47 AM, Frank Hase wrote:

*:*

Hallo Otmar,

interessant, das zusammengesetzte Echelle-Gitter. Lässt sich das
wirklich so genau machen, dass man die Auflösung erhöht?


Noch ein Nachtrag. Das UVES-Manual:

http://www.eso.org/sci/facilities/paran ... /uves/doc/

behauptet doch, dass eine Auflösung von 2*10^6 mit UVES möglich ist.
Allerdings mit 0.1 Bogensekunden Spalt, d.h., dass es praktisch nicht
wirklich relevant ist, aber immerhin scheint die Auflösung nicht durch
Ungenauigkeiten des Mosaiks begrenzt zu sein.

Herzliche Grüße,
Otmar
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