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Instrumentelle Linienverbreiterung
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Autor:  TorstenHansen [ 16. Februar 2014, 13:59:53 PM ]
Betreff des Beitrags:  Instrumentelle Linienverbreiterung
Hallo,

eine Frage zur Datenbearbeitung.

Wie kann ich die Linienbreite einer Spektrallinie um die instrumentelle Linienverbreitung korrigieren?

Wäre nett, wenn mir da jemand weiterhelfen könnte (konkreter Hinweis und/oder Literatur).


Viele Grüße,
Torsten
Autor:  Lothar Schanne [ 16. Februar 2014, 14:36:49 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo Torsten,
damit du nicht zu lange auf eine Antwort warten musst: Der umgekehrte Weg, eine scharfe Linie mit der Apparatefunktion zu verbreitern, bin ich schon gegangen (Faltung zweier Profile). Aber wie man "zurückfalten" kann weiß ich nicht. Sind das "disentangling"-Verfahren?
Autor:  Dieter Goretzki [ 16. Februar 2014, 14:56:36 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo Torsten,

das geht z.B. mit Midas (Deconvolution).
Man erzeugt sich eine Gaußkurve bestimmter Breite (sozusgagen das Apparateprofil)
und lässt dann das Programm damit auf das Spektrum los. Dies ist alles
im Help-Menue beschrieben.
Es ist aber eine sehr diffizile Sache, man muss einfach experimentieren.
Wenn man übertreibt, handelt man sich schnell Artefakte ein.
Ich nutze es teilweise bei meinen Sonnenspektren, aber nur ganz vorsichtig.

Viele Grüße
Dieter
Autor:  Christian Netzel [ 16. Februar 2014, 15:03:18 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo Torsten,
das ist in Gray, Stellar Atmospheres genau beschrieben.
Viele Grüße
Christian
Autor:  TorstenHansen [ 16. Februar 2014, 16:37:32 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo,

danke Euch für die schnellen Antworten.

Lothar: "disentangling" musste ich erst mal in den dictionary eingeben. :-)

Dieter: leider nutze ich Midas nicht. Die von Dir genannten Stichworte sind aber zumindest mal ein Anstoß (genau wie Lothars Hinweis).

Christian: meintest Du das Buch "The observation and analysis of stellar photospheres"?

Eigentlich hatte ich auf einfachere, dem Staranalyser angepasste Verfahren gehofft.
Konkret: wenn ich die instrumentelle Linienverbreitung vermittelt durch die Auflösung kenne, wie kriege ich eine Linienbreite heraus, die um diese instrumentelle Verbreiterung reduziert / korrigiert ist?


Viele Grüße,
Torsten
Autor:  Christian Netzel [ 16. Februar 2014, 17:18:02 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Zitat:
Christian: meintest Du das Buch "The observation and analysis of stellar photospheres"?

Eigentlich hatte ich auf einfachere, dem Staranalyser angepasste Verfahren gehofft.
Hallo Torsten,
genau dieses Buch meine ich. Leider gibt es für komplexe Probleme kaum mal einfache Lösungen. :( Ich hatte früher mal versucht, das R beim Stzaranalyzer versucht, rein rechnerisch zu verbessern. Weit gekommen bin ich damit leider nicht. :(
Viele Grüße
Christian
Autor:  Frank Hase [ 17. Februar 2014, 12:22:12 PM ]
Betreff des Beitrags:  Instrumentelle Linienverbreiterung
Hallo Torsten,

das ist nur in sehr engen Grenzen möglich - das wird anschaulich, wenn man sich die FT des Spektrums ansieht: das Spektrometer überträgt ab einer Grenzfrequenz
keine Details mehr. Die meisten Methoden, die schmalere Linien erzeugen, heben die noch im gemessenen Spektrum vorhandenen hochfrequenten Fourierkomponenten
an, deshalb auch die Neigung, Artefakte (Schwingungen) hervorzubringen. Letztendlich ist sowas reine Kosmetik.

Die Meinung ist deshalb, dass es zielführender ist, die instrumentelle Profilform möglichst genau zu bestimmen und bei der Analyse - also dem Vergleich zwischen einem
gemessenen und einem modellbasierten Spektrum - anzuwenden.

Viele Grüße
Frank



Am 16.02.2014 12:59, schrieb TorstenHansen:
Zitat:
Hallo,

eine Frage zur Datenbearbeitung.

Wie kann ich die Linienbreite einer Spektrallinie um die instrumentelle Linienverbreitung korrigieren?

Wäre nett, wenn mir da jemand weiterhelfen könnte.


Viele Grüße,
Torsten
Autor:  TorstenHansen [ 20. Februar 2014, 17:47:41 PM ]
Betreff des Beitrags:  Re: Instrumentelle Linienverbreiterung
Hallo Frank,

herzlichen Dank für Deine Antwort!
Zitat:
...
Die Meinung ist deshalb, dass es zielführender ist, die instrumentelle Profilform möglichst genau zu bestimmen und bei der Analyse - also dem Vergleich zwischen einem
gemessenen und einem modellbasierten Spektrum - anzuwenden.
...
An so etwas hatte ich eigentlich auch gedacht.
Ich nehme ein oder mehrere Vergleichsspektren her und messe die aus.

Jetzt wäre nur die Fragen,
- wie soll ich da denn vorgehen und
- was soll gemessen werden und
- wie läuft die Korrekturrechung?

Ganz konkret: ich habe das unten verlinkte Profil der Si-II-Linie der Supernova und möchte die um die instrumentelle Linienverbreiterung korrigieren. Zur Verfügung steht weiterhin noch ein Kalibrierspektrum, welches ich schon zur Wellenlängen- und Responsekalibrierung benutzt habe.


Bild


Viele Grüße,
Torsten
Autor:  Frank Hase [ 20. Februar 2014, 19:56:14 PM ]
Betreff des Beitrags:  Instrumentelle Linienverbreiterung
Hallo Torsten,

wenn Dein Kalibrierspektrum eine (oder mehrere) isolierte Spektrallinien enthält, die schmal gegenüber Deiner instrumentellen Auflösung sind,
dann zeigen diese Peaks direkt das von Dir gesuchte Instrumentenprofil. Du kannst entweder direkt die gemessenen Werte verwenden oder eine
Kurve (etwa ein Gaussprofil) an die Messung anpassen. Das Instrumentenprofil (ILS) sollte in der Fläche auf 1 normiert sein - so dass die Faltung
der ILS mit einem Spektrum die Normierung nicht verändert - und spektral so ausgerichtet sein, dass diese Faltung das prozessierte Spektrum
nicht gegenüber dem Originalspektrum verschiebt.

Im nächsten Schritt brauchst Du ein parameterisiertes Modellspektrum, das Dein Originalspektrum (also vor der Faltung) approximieren soll. Die
Parameter könnten z.B. Linienstärken-und breiten von Spektrallinien sein. Dieses Spektrum wird nach der Faltung mit der ILS mit Deiner Messung
verglichen, dann veränderst Du Deine Fitparameter solange, bis Deine Messung möglichst gut erklärt wird (idealerweise bleibt dann nur das Rauschen
Deiner Messung übrig). Wenn das nicht gelingt, dann zeigt Deine Messung an, dass mit Deinem Modell etwas nicht stimmt (z.B. bestimmte Spektrallinien
fehlen oder nicht erwartete Linien auftreten). Das Modell könntest Du vielleicht mithilfe von Spektren ähnlicher SNs trimmen, die mit Großteleskopen
aufgenommen worden sind.

Viele Grüße
Frank


Am 20.02.2014 16:47, schrieb TorstenHansen:
Zitat:
Hallo Frank,

herzlichen Dank für Deine Antwort!

Frank Hase hat Folgendes geschrieben: ...
Die Meinung ist deshalb, dass es zielführender ist, die instrumentelle Profilform möglichst genau zu bestimmen und bei der Analyse - also dem Vergleich zwischen einem
gemessenen und einem modellbasierten Spektrum - anzuwenden.
...
An so etwas hatte ich eigentlich auch gedacht.
Ich nehme ein oder mehrere Vergleichsspektren her und messe die aus.

Jetzt wäre nur die Fragen,
- wie soll ich da denn vorgehen und
- was soll gemessen werden und
- wie läuft die Korrekturrechung?

Ganz konkret: ich habe das unten verlinkte Profil der Si-II-Linie der Supernova und möchte die um die instrumentelle Linienverbreiterung korrigieren. Zur Verfügung steht ein Kalibrierspektrum, welches ich schon zur Wellenlängen- und Responsekalibrierung benutzt habe.


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Viele Grüße,
Torsten
Autor:  Robin Leadbeater [ 20. Februar 2014, 22:39:03 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hello Torsten,

If you are just interested in the effect of the instrument on line width then you could perhaps try a geometric sum as an approximation.
For example if the measured line FWHM in the spectrum is 60A and the instrument resolution (measured on narrow lines) is 30A
then the actual line width would be approximated by sqrt ( 60^2-30^2) = 52A.

It could be interesting to compare this approximation using spectra
taken at higher resolution here

http://www.astrosurf.com/aras/Aras_Data ... 4J_M82.htm

Cheers
Robin
Autor:  Robin Leadbeater [ 20. Februar 2014, 23:29:14 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Zitat:

It could be interesting to compare this approximation using spectra
taken at higher resolution here

http://www.astrosurf.com/aras/Aras_Data ... 4J_M82.htm
I tried it with my spectrum at R ~80 using an SA200 and David Boyd's taken the same night at R ~900 using a LISA.
The FWHM estimate seems to have worked quite well (see attached) but a narrower line would be a better test.

Cheers
Robin

Dateianhänge:
instrument_resolution_correction_.png
instrument_resolution_correction_.png [ 15.09 KiB | 4644 mal betrachtet ]
Autor:  TorstenHansen [ 03. März 2014, 19:39:02 PM ]
Betreff des Beitrags:  Re: Instrumentelle Linienverbreiterung
Hi Robin,

sorry for answering that late. Many thanks for your input!
Zitat:
Hello Torsten,

If you are just interested in the effect of the instrument on line width then you could perhaps try a geometric sum as an approximation.
For example if the measured line FWHM in the spectrum is 60A and the instrument resolution (measured on narrow lines) is 30A
then the actual line width would be approximated by sqrt ( 60^2-30^2) = 52A.

...
Thanks for this suggestion. It seems to be an appropriate way to do the calculation. I´m wondering to which physics theoretical basis this calculation refers to. Concerning "geometrical sum" I only found the item "Geometric Series".
Could you help again?


Thanks,
Torsten
Autor:  Christian Netzel [ 03. März 2014, 20:12:37 PM ]
Betreff des Beitrags:  Re: Instrumentelle Linienverbreiterung
Hello,
when you want to stay on solid theoretical grounds you have to calculate the resulting line shape as the convolution of the instrumental profile and the line shape. As a approximation you can assume that both are Gaussians with the dispersions beta1 and beta2. The convolution of two Gaussians is a Gaussian again with the dispersion sqrt(beta1^2+beta2^2).
Cheers
Christian
Autor:  Robin Leadbeater [ 03. März 2014, 22:31:55 PM ]
Betreff des Beitrags:  Re: Instrumentelle Linienverbreiterung
Hi Torsten,
Zitat:
Concerning "geometrical sum" I only found the item "Geometric Series".
Sorry, it is not a term commonly used these days it was one my statistics tutor used. Adding in quadrature seems to be the more usual term. It is used for example when combining the effect of randomly distributed independent variables (eg errors) so assuming gaussian shapes for the line profile and the instrument response it should also work to a first approximation here.

Cheers
Robin
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