Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Hallo zusammen,

ich habe ja vor einiger Zeit angefangen, mir ein Echellespektrometer zu bauen. Zur Bauphase ist es aber leider nie gekommen, da ich in einem lange hinausgezögerten Anfall von Schlechtwetterfrust die Astrofotografie aus Deutschland heraus aufgegeben habe und in diesem Zuge meine gesamte Astrofotoausrüstung verkauft habe. Damit hatte sich das Thema Echellespektrometer auch erledigt, da dieser auf die vorhandene Hardware abgestimmt war. Nun möchte ich mich doch noch einmal dem Thema widmen, und es diesmal hoffentlich zu einem glücklichen Ende bringen. Da bis auf das Teleskop nichts vorhanden ist, sind sozusagen alle Freiheitsgrade gegeben, um ein Spektrometer nach meinen Wünschen zu kreieren. Dazu habe ich mir jetzt schon einige Gedanken gemacht, und möchte diese gerne hier zur Diskussion stellen. Weiterhin haben sich beim Spielen mit Simechelle einige Fragen ergeben, wo ihr mir sicher helfen könnt.

Mein Teleskop hat 8" f/15,5, was ich aber mittels Reducer auf 8" f/10 runterknüppeln kann und werde.

Den geplanten Spektrometeraufbau habe ich mir mal 1:1 aufgezeichnet, und als Zeichnung angehängt. Als Kollimator und als Kameraobjektiv habe ich mir überlegt, dieses über 90° Parabolspiegel zu lösen. Das hat den Vorteil, dass es relativ klein und leicht ist, und dass es vor allem keinen Farbfehler ins System einbringt. Die durch einen Parabolspiegel entstehenden Abbildungsfehler sollten beim Kollimator mit f/10 eigentlich vernachlässigbar sein. Beim Kameraspiegel bin ich mir da nicht so ganz sicher, da das resultierende Öffnungsverhältnis vom Anamorphosefaktor der beiden Gitter abhängt. Hier kann man sich aber sicher mit handelsüblichen Komakorrektoren vor der Kamera behelfen, um Coma, Asti und Bildfeldwölbung in den Griff zu bekommen. Außerdem spart man sich im Gegensatz zu hochkorrigierten Fotoobjektiven doch einen Haufen Glas-Luft-Flächen...

Als Echellegitter soll ein handelsübliches Gitter von Thorlabs mit einem Blazewinkel von 63° zum Einsatz kommen (25x50mm^2). Der CD soll ein Blazereflexionsgitter (25x25mm^2) sein. Eine CCD-Kamera soll zu dem geplanten System passend erworben werden, somit bin ich was Pixelgröße, etc. anbelangt flexibel.

Nun habe ich begonnen, die Eckdaten mal in Simechelle einzupflegen und ein bisschen rum zuspielen. Irgend wie komme ich aber über ein R von 5300 nicht hinaus, egal was ich ändere. Mir würde da aber eher ein R>10000 vorschweben. Durch das langsame Öffnungsverhältnis des Teleskops/Kollimators sind die Strahldurchmesser an den Gittern, besonders am Echellegitter, recht klein, was die Auflösung natürlich drückt. Da war mein Gedanke, anstatt einem 31,6 L/mm Echelle einfach ein 79 oder gar 316 l/mm Echelle zu nehmen. Allerdings muss man dann in Simechelle auch die beobachteten Ordnungen anpassen, so dass sich dadurch keine höhere Auflösung ergibt. Warum kann ich nicht durch Wahl einer höheren Ordnung einen Auflösungsgewinn erzielen? Was muss ich ändern, um eine höhere Auflösung zu erhalten?

Als CD ist ein Reflexionsgitter mit 150 L/mm das Gitter der Wahl. Wenn ich nun die gängigen CCDs mit ihren Kenndaten eingebe, erhalte ich sehr hohe Abtastfaktoren gepaart mit einem logischerweise schlechter werdendem S/N. Nach momentanem Stand ist die passendste Kamera (welche zudem noch bei mir herumliegt, ich aber aufgrund der schlechte CCD-Auflösung und des hohen Gewichts eigentlich nicht nehmen wollte) eine CCD-Kamera mit 16um Pixeln und einer Auflösung von 512x512 Pixel. Dadurch wird zu niedrigen Wellenlängen hin natürlich der Abstand der Ordnungen zueinander relativ eng. Der Abtastfaktor hat mit 3,7 seinen niedrigsten Wert. Ich habe auch mit Binning an anderen gängigen CCDs experimentiert, aber keine befriedigende Lösung gefunden. Was mache ich falsch? Ich würde gerne einen CCD wie den Sony 285er verwenden. Was muss ich an meiner Konfiguration ändern, um auf sinnvolle Werte zu kommen? Außerdem ist mir aufgefallen, dass Simechelle wohl mit dem eingegeben Binnigfaktor nicht ganz klar kommt, da sich mit zunehmenden Binning die benötigte CCD-Größe ändert. Aber da sich an der Dispersion ja nichts ändert, sollte doch auch die benötigte CCD-Göße gleich bleiben und sich nur der Abtastfaktor und das S/N ändern?

Ich wäre für jegliche Hilfe sehr dankbar.

Beste Grüße,
Markus


P.S. die Efficiencys stimmen noch nicht, darum stimmt auch das errechnete S/N noch nicht. Weiterhin habe ich auch keine Ahnung über die Anamorphosefaktoren der Gitter. Die Farbfehler von Kollimator und Objektiv habe ich auf null gesetzt, da es ja Spiegel sind... So, ich hoffe, nicht all zuviel vergessen zu haben.

P.P.S. Was ich auch nicht so ganz verstehe ist eine maximale Spalthöhe von 17um bei einem 40um Spalt. Sollte ich dann beim CD eine höhere Dispersion (größere Gitterkonstante) wählen?

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Hallo ,

ich habe vor einigen Jahren wirklich viel mit einem direktgekoppeltem 1:10 echellespektrometer experimentiert. Ich will hier nur sagen, dass man dazu im Forum so Einiges finden kann. Sowas ist wirklich alles Andere als einfach! Aber gut, nur Mut, versuch es mal! Ich weiß jetzt die Links nicht mehr. Aber mit Parabolspiegeln wird das kaum gehen, weil die " ausseraxial" benutzt werden müssen. Solche Spiegel sind sehr teuer. Aber versuche es ruhig.......übrigens ich habe ein Echellegitter 25x50 mit 79 Linien/ mm. Und eines mit 45 x 90 , auch mit 79 linien.

Gruß
Berthold

Hallo Berthold,

als Parabolspiegel sind diese hier geplant:

https://www.thorlabs.de/newgrouppage9.c ... up_id=7004

Das sollte eigentlich funktionieren. Ich habe mich eigentlich schon weitestgehend im Forum umgesehen, aber zu meinen spezifischen Fragen habe ich nichts gefunden, oder war einfach blind. Vielleicht kannst Du mir trotzdem ein paar Tipps geben?

Danke

Grüße Markus

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From: fg-spek-tech@vdsastro.de

Sent: Saturday, November 01, 2014 8:08 PM

To: fg-spek-admin@vdsastro.de

Subject: [fg spektroskopie] Re: Echelle 2. Anlauf...Fragen zu
Simechelle

Link
zum neuen Beitrag:
http://spektroskopieforum.vdsastro.de/v ... 232#p26010

Hallo
Berthold,

als Parabolspiegel sind diese hier
geplant:

https://www.thorlabs.de/newgrouppage9.c ...
up_id=7004

Das sollte eigentlich funktionieren. Ich habe mich eigentlich
schon
weitestgehend im Forum umgesehen, aber zu meinen spezifischen Fragen

habe ich nichts gefunden, oder war einfach blind. Vielleicht kannst Du

mir trotzdem ein paar Tipps geben?

Danke

Grüße
Markus

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Hallo Berthold,

habe Dir eine PN geschickt...

Grüße Markus

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Hallo Markus,

als Kollimator kann man eine solche Off-Axis Parabel verwenden. Zur Abbildung eines Feldes sind sie allerdings nicht geeignet, da die Koma und der Astigmatismus zu gross sind.

Die Auflösung kannst du erhöhen, indem du die Brennweite des Kollimators erhöhst. Man erreicht keine höhere Auflösung, wenn man zu höheren Ordnung geht und zugleich die Linienzahl reduziert, da das Produkt n * g in diesem Fall konstant ist. Die Auflösung wird aber bei Gittern mit höherem Blazewinkel erhöht. Es gibt z.B. 75° Blaze bei Echellegittern von der Stange. Allerdings müssen diese dann steiler stehen und damit länger sein.

Der hohe Abtastfaktor kommt vom Abbildungsmasstab deiner Optik, welche durch die Spiegel bei 3 liegt und durch das Gitter noch etwas geändert wird und zwar um den Anamorphosefaktor. Der Abtastfaktor kann aber auch 1,5 oder 2 sein oder auch mehr! Das SNR wird dadurch auch beeinflusst.

Ja, so wie es aussieht benötigst du einen CD mit höherer Liniendichte. Beachte, dass genügend Abstand zwischen den Ordnungen liegen muss, damit benachbarte Ordnungen sich nicht gegenseitig kontaminieren! Besser wäre eine AR-beschichtetes Dispersionsprisma, da es eine höhere Effizienz besitzt.

Ich hoffe ich konnte einige Fragen beantworten.

Auf meiner privaten Page findest du einige Informationen zu meinen Hobbyprojekten (auch Échelle):

http://hobbysternwarte-ploesen.de.tl/Home.htm

Gruss,
Daniel

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Daniel P. Sablowski

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Hallo Daniel,

vielen Dank für Deine Hilfe. Zu den offaxis-Parabeln hatte ich mir, was diese als Kameraobjektivverwendung betrifft gedacht, dass das ja eigentlich nichts anderes ist wie ein Newtonteleskop. Da bei diesen durch den Einsatz eines geeigneten Komakorrektors die allfälligen Bildfehler Koma, Asti und Bildfeldwölbung teils über recht große Felder korrigiert werden, sollte das doch auch in diesem Anwendungsfall funktionieren (ich weiß es aber natürlich nicht, ist halt mal ein neuer Konstruktionsansatz)? Was würde deiner Erfahrung nach dagegensprechen?

Was die Auflösungsgeschichte betrifft, mal meine Gedanken dazu. Bitte korrigiere mich, wenn ich etwas falsch verstanden habe...
Wenn ich die Gittergleichung richtig verstehe, dann hängt das Auflösungsvermögen eines Gitters von der Anzahl an Linien, welche zu Beugung beitragen, ab. Diese Anzahl kann ich vergrößern, indem ich entweder die beleuchtete Fläche auf dem Gitter durch eine größere Kollimatorbrennweite vergrößere, oder indem ich die Gitterkonstante bei gleichbleibender Kollimatorbrennweite erhöhe. Daher würde ich aus konstruktions- und geometrischen Gründen gerne bei dem 50mm Kollimatorspiegel bleiben und stattdessen die Gitterkonstante erhöhen. Wenn ich aber in gleichem Umfang in den Ordnungen zurückgehe, wird der Auflösungsgewinn durch eine höhere Gitterkonstante doch wieder zunichte gemacht, oder? Daher meine Frage nach Beobachtung in höheren Ordnungen. Die lange Brennweite des Kameraspiegels habe ich absichtlich gewählt um ein möglichst entspanntes Öffnungsverhältnis zu Gunsten kleinerer Abbildungsfehler zu erhalten.

Ich werde das heute Abend mal mit simechelle durchrechnen.

Wegen des CDs hatten wir bei meinem letzten Projekt ausführlicher über die Verwendung eines Prismas gesprochen. Dabei kamen wir zu der Feststellung, dass es keine geeigneten Prismen mit geeigneter AR-Beschichtung von der Stange zu kaufen gibt. Hat sich daran mittlerweile was geändert? Ich habe die Befürchtung, dass eine fehlende AR-Beschichtung (welche auch den Einfallswinkel berücksichtigt) die bessere Efficiency gegenüber dem Gitter wieder zunichte macht. Weiterhin finde ich die gebogene Anordnung der einzelnen Ordnungen nicht so toll, was aber sicher als designerisches Element ganz hinten ansteht. Problematischer könnte die nichtlineare Dispersion des Prismas sein, aber da weiß ich zu wenig über die Auswerteprogramme und deren Möglichkeit, damit klar zu kommen.

Ich weiß, dass das von mir verfolgte Design sicher den Pfad des Mainstreams verlässt, aber es hat doch einige Vorteile gegenüber der herkömmlichen Anordnung. Von daher wäre es toll, wenn ich es zur Funktion bringen könnte...

Viele Grüße,

Markus

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Hallo Markus,

es ist natürlich nicht neu, dass man solche Off-Axis Spiegel (OA) zur Abbildung verwenden möchte. Zunächst möchte ich aber noch einen Nachteil dieser "billigen" OAs nennen: Streulicht. Sie werden durch ein Replikationsverfahren hergestellt und haben daher eine rauhe Oberfläche. "Gute" OAs kosten an die 1000 € pro Stück, wenn sie als Stangenware verfügbar sind. Grosser Vorteil wäre natürlich die farbfehlerfreie Abbildung.

http://www.edmundoptics.com/optics/opti ... rrors/3086

Ein Kompromiss zwischen Geld und Sterulicht könnten allerdings diese sein:

http://www.edmundoptics.com/optics/opti ... rrors/3604

Ein Komakorrektor muss genau für den entsprechenden Spiegel bzw. für das optische System gerechnet sein. Ausserdem ist der Newton kein Off-Axis System, die Bildfehler sind da kleiner im Feld.

Angefügt ist ein Bild der "guten" OA-Anordnung. Strahl von der "langen Seite" des einen OAs trifft auch wieder die "lange Seite" des OAs. Das hast du in deinem Design schon richtig gemacht, glaube ich.
Ich kann allerdings gerade nicht sagen, ob die unterschiedlichen Brennweiten hier, im Hinblick der Bildfehler, einen Einfluss haben. Gut, einen Einfluss wird das haben auf die Fehler und ich denke sogar eher einen negativen.

Man verwendet ähnliche Anordnung eher in Échelle-Speks zur "Transferkollimation" um den Strahl im Durchmesser zu verkleinern, bevor er den CD und die abbildende (refraktive) Optik trifft.

Da ich zufälligerweise ein ZEMAX-File mit zwei OAs habe, ist ein Spot-Diagramm angehangen. Das sind zwei OAs mit 6" reflektierter Brennweite (wie dein M2) und 90° Winkel.

Zitat (Markus Noller):
"Daher würde ich aus konstruktions- und geometrischen Gründen gerne bei dem 50mm Kollimatorspiegel bleiben und stattdessen die Gitterkonstante erhöhen. Wenn ich aber in gleichem Umfang in den Ordnungen zurückgehe, wird der Auflösungsgewinn durch eine höhere Gitterkonstante doch wieder zunichte gemacht, oder?"

Ja.

Die Gleichung für die Auflösung A = Nm gilt als obere Grenze. Das gesamte optische System spielt aber eine Rolle. Die Spaltbreite und die Kollimatorbrennweite sind die Wichtigsten, an denen du bei einem Échelle drehen kannst, wenn dir das Gitter geben ist.

Verwendet man Prismen im symmetrischen Durchgang ist man nahe des Brewster-Winkels und P-polarisiertes Licht wird nahezu nicht reflektiert. Natürliches Licht wird etwa 10% reflektiert, was immer noch besser wäre als ein Gitter. Hinzukommt die Reduktion von Streulicht, welche ein Gitter erzeugt duch die mehreren angeregten Ordnungen, insbesondere der sehr hellen 0. Ordnung. Es gibt F2 Prismen mit einer AR-Beschichtung.

Gruss,
Daniel

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Daniel P. Sablowski

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Hallo Daniel,

natürlich ist das nicht neu, ich habe es mir ja auch bei den Profis abgeguckt...

Nun, grundsätzlich ist es ja so, dass jeder Parabolspiegel aus "unendlich vielen offaxis-Parabeln zusammengesetzt ist". Von daher müssen auch die Abbildungsfehler die selben sein, wie bei einem vollen Parabolspiegel. Ich gebe dir aber natürlich recht, dass die in der Astronomie gängigen Parabolspiegel das Ringsegment der Parabel, welches eine Strahlfokussierung um 90° bewirkt nicht beinhalten. Daher sind gängige Komakorrektoren auch nicht für diese Abbildungsfehler gerechnet. Somit werde ich das mit dem Spiegel als Kameraobjektiv verwerfen, und stattdessen eine refraktive Optik nehmen. Was den Kollimator angeht, würde ich es aber gerne mit dem Spiegel versuchen. Da ich mit dem Ding ja nicht fokussieren sondern parallelisieren möchte, wird das Scattering hoffentlich nicht so extrem sein, dass es zum Störfaktor wird. Die von dir verlinkten Spiegel sind interessant. Hast du dir mal den von mir geposteten Link angesehen? Thorlabs gibt eine Oberflächenrauhheit von 10nm RMS an. Das ist doch extrem glatt. Leider fehlt mir diese Angabe bei Edmund, so dass ich da keinen Vergleich ziehen kann. Was meinst du dazu?
Ich werde heute Abend oder morgen mal ein Setup mit Prisma als CD und Kameraobjektiv zeichnen und rechnen. Hast du eine Quelle für diese F2 Prismen?

Wo bekomme ich denn die Anamorphosefaktoren von Prisma und Gittern her (diese sollten ja Ordnungsabhängig sein, oder)?

Übrigens bietet Edmund Zemaxfiles für die Spiegel zum Download an. Ich habe das Programm nur leider nicht...

Als Spalt habe ich einen 40um Spalt vorgesehen. Das Gitter ist ja eben nicht zwingend vorgegeben, da gibt es drei Gitterkonstanten zur Auswahl. Daher ja auch meine Überlegung, die Auflösung durch eine größere Gitterkonstante nach oben zu bringen... Was würde sonst eine derartige Auswahl für einen Sinn machen, wenn man dafür im selben Verhältnis die beobachteten Ordnungen reduzieren muss?

Viele Grüße
Markus

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Hallo Markus,

Zum kollimieren eines Sterns auf der Achse wird das sehr gut funktionieren. Ich verwende einen Messaufbau im Labor mit drei dieser Spiegel (2" Durchmesser, 6" Brennweite). Nahe der Achse ist das sehr gut! Du musst dann nur sicherstellen, dass dein Stern wirklich genau auf der Achse sitzt.
Zur Justage ein Hinweis: Baue eine Lochblende mit einem kleinen Loch, die du an der Stelle des Spaltes setzten kannst. Der Strahl reflektiert vom OA muss dann schön rund sein. Ist es ein Ei bist du nicht auf der Achse. Damit kann man das schon recht gut justieren. Bei 90° ist das alles sehr anfällig!

Edmund gibt für die günstigen 17,5 nm an, für die etwas besseren 5 nm. Die sehr teueren sind mit einer Qualität von 50 bis 80 angegeben. Ja die Optiklieferanten stellen ZEMAX Files bereit. Aber ich muss ja beide eingeben und die Definition dieser ist in ZEMAX nicht so ganz trivial.

Man könnte versuche OAs mit geringerem OA-Winkel zu verwenden, das reduziert die Fehler im Feld. Aber ich denke akzeptabel wird das erst unter 10°.

Der Anamorphosefaktor ist wellenlängenabhängig, ja. Er ist für einen Échelle jedoch nahezu konstant innerhalb einer Ordnung und konstant von Ordnung zu Ordnung. Er steht auch im SimEchelle und hängt von Theta ab. Er ist gegeben zu A = cos(Einfallswinkel)/cos(Beugungswinkel).

Also nochmal zu den Gittern:

Ein Échellegitter ist nicht anderes wie ein normales Blazegitter. Nur mit dem Unterschied, dass es für eine sehr hohe Wellenlänge geblazed ist. Guck mal hier z.B.:

https://www.thorlabs.de/newgrouppage9.c ... up_id=1124

31,6 und 316 gibt es mit einem Blazewinkel von 63°. Der Unterschied in der Linienzahl ist Faktor 10 und in der Blazewellenlänge Faktor 0,1 gibt schon mal 1. Das Gitter mit 31,6 l/mm ist für 57 mü gemacht (in erster Ordnung). Beobachtest du bei 0,5 mü, musst du in die Ordnung n = 57/0,5 = 114. Für das Gitter mit 316 l/mm ergibt sich n = 5,7/0,5 ~ 11. Also: Bei gleichen Blazewinkel rutscht du automatisch zu kleineren Ordnungen wenn die Liniendichte erhöht wird.
Im Link gibt es das 79 l/mm Gitter auch als R3,7 Gitter (Tangens(Blazewinkel)). Dieses ist dann auch für eine höhere Wellenlänge ausgelegt. Man errechnet also für das 63° Gitter hier n = 23/0,5 = 46 und für das 75° Gitter n = 25/0,5 = 50. Hier funktioniert also dein Gedanke. Das Gitter muss aber steiler stehen, um nahe dem Blaze zu arbeiten. Sonst rutscht die Blazewellenlänge wieder zu kleineren Wellenlänge. Genauer ausgedrückt: Die Wellenlänge, bei welcher der Blaze (Glanz) auftritt liegt bei einer niedrigeren Wellenlänge, wenn man sich vom Blaze entfernt (totaler Winkel > 0).

Gruss,
Daniel

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Hallo Daniel,

ah, das ist interessant. So langsam kapiere ich es jetzt auch. Vielen Dank für deine Erläuterung. Ich werde dann mal ein neues Layout entwerfen, und hier einstellen. Kannst du mir bitte noch sagen, wo du die AR-beschichteten F2-Prismen gefunden hast? Ich habe nur unbeschichtete 60° Prismen gefunden...

Viele Grüße
Markus

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Hallo Daniel,

habe ich gerade bei Newport gefunden:

http://search.newport.com/?q=*&x2=sku&q2=50338AL

Die geben eine Rauheit von 2,5nm RMS an...

Ich bin gerade am zeichnen und habe festgestellt, dass ich mit einem 25mm Prisma nicht weit komme. Kennst du einen Anbieter, der F2 60° Prismen mit 30mm-35mm Kantenlänge anbietet. Das nächst Größere bei Thorlabs hat dann schon gleich 50mm, das ist mir zu groß...

Grüße Markus

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...so, Klappe die Dritte...

Ich spiele gerade mit Simechelle. Dabei verstehe ich etwas nicht: Wenn ich den Winkel Theta erhöhe, wird sowohl die Auflösung R als auch das S/N mit zunehmendem Winkel höher und der Abtastfaktor sinkt. Wenn ich das richtig verstanden habe, arbeitet das Gitter bei Theta 0° in Littrowanordnung, und sollte seine maximale Efficiency haben. Wieso ist dann in dieser Anordnung sowohl das S/N als auch R kleiner (gegen z. B. Theta 7°) und der Abtastfaktor größer? Wenn nun der Einfallswinkel Theta bei 7° liegt, findet dann die Beugung in Richtung Theta´ -7° statt, also ein Gesamtwinkel von 14°? Danke.

Grüße Markus

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Hallo Markus,

Spiegel scheinen ok.

Ja, der totale Winkel ist dann 2*Theta. Allerdings verwendet Klaus da eine Näherung, da er das Reflexionsgesetz nahe dem Blazewinkel verwendet. Das SNR wird vom SimSpec nicht richtig berechnet.

Wegen einem Prisma kannst du hier anfragen, die liefern u.a. F2 60° beschichtet mit 40 mm Basislänge:

www.astro-spec.com

Gruss,
Daniel

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Hallo Daniel,

"Die" liefern sowas... Seit wann sprichst du von dir in der dritten Person plural?

Was kostet mich denn so ein Prisma mit 40mm Kantenlänge? Kannst es mir gerne auch als PN schreiben. Besten Dank!

Ich habe heute mal alles mit Simechelle durchgerechnet. Jetzt sieht das so aus, wie ich mir das vorstelle. Morgen muss ich das mal konstruktiv auf dem Papier lösen, denn rechnen kann man ja viel. Es will aber auch gebaut werden. Ich bin jetzt bei einem R um die 14000 bei brauchbarem S/N (auch wenn es nicht stimmt). Die anderen Parameter sind soweit auch tolerabel. Wenn ich den Aufbau zeichnerisch gelöst habe, werde ich ihn samt Simechelle hier einstellen... Danke dir einst weilen mal für deine Hilfe!

Grüße Markus

P.S. Wo finde ich die Anamorphosefaktoren in Simechelle?

EDIT: Hab´s gefunden...

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Hallo zusammen,

kann mir bitte jemand sagen, ob sich in Simechelle die Maße für den Abstand Echelle-Crossdisperser und Crossdisperser-Kamera auf die Außenfläche (in der optischen Achse) des Prismas (wenn denn eines als CD verwendet wird) bezieht, oder auf die Mitte des Prismas? Das macht ja je nach Prismengröße doch einen nicht unerheblichen Unterschied.
Und bezieht sich der "notwendige Durchmesser des CD" auf die Normale zur optischen Achse an der Stelle des CD, oder ist da der Einfallwinkel Alpha1 schon mit berücksichtigt (bei einem Prisma)?

Danke!

Grüße Markus

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So, ich noch mal. Wenn mir Simechelle für das Prisma als CD das im Anhang befindliche ausgibt, heißt das, dass ich mit einem 60° Prisma mit 50mm Kantenlänge (alle Kanten) zurecht komme? Ist dabei der Einfallswinkel Alpha1 berücksichtigt, welcher ja die Kathete zur Optischen Achse hin geometrisch verkürzt?

Grüße Markus

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Hallo Markus,

genau kann das wohl nur Klaus beantworten, da er das Sheet geschrieben hat. Oder man muss sich durch die Formeln kämpfen. Ich denke jedoch, so wie ich Klaus kenne, hat er dir hier die Werte hingeschrieben, die du gleich übernehmen kannst, ohne noch irgendwas umrechnen zu müssen. Also in dem Fall würde ein Prisma mit 44,8 mm Länge und einer Seitenlänge von 25,5 mm gerade so passen.

Die Abstände beziehen sich, denke ich, auf Fläche zu Fläche. Die Baulänge Kameraobjektiv wird verwendet um die Lage der Blende im Objektiv zu berechnen, da diese meist in der Mitte liegt. Wenn deine Blende die Frontlinse ist (also wenn du zB nur eine Linse oder einen Spiegel als Kamera verwendest), dann trage dort 0 ein.

Gruss,
Daniel

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Hallo Daniel,

vielen Dank für die Information! Klaus hatte ich angeschrieben, warte aber noch auf Antwort. Ich hoffe auch, dass er mir das sagen kann. Ich war einfach unsicher, da die Abmaße des Prismas nicht dem auch angegebenen minimalen Durchmesser des CD entsprechen, wobei sich letzteres sicher auf ein (Transmissions-) Gitter bezieht. Die Abstände habe ich jetzt auch mal von Fläche zu Fläche am Schnittpunkt der optischen Achse angenommen...

Heute Abend werde ich mal die neuen Zeichnungen zusammen mit dem Simechelle-Sheet einstellen. Es wäre nett, wenn du dann noch mal drüberschauen kannst, ob alles passt, bevor ich anfange, die Teile zu kaufen...

Grüße Markus

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Hallo zusammen,

so, nun habe ich meinen Echelle gerechnet und gezeichnet. Nun hat er die Eckdaten, welche mir so vorschweben. Ein R von ca. 14000, einigermaßen annehmliches S/N (auch wenn das nicht richtig berechnet wird) und kompakte Bauweise, welche sich direktgekoppelt recht steif konstruieren lässt.

Hier die Draufsicht:




Hier die Seitenansicht:




und hier die Simechellesheets:






Als Kollimator soll dieser Spiegel Verwendung finden:

http://search.newport.com/?q=*&x2=sku&q2=50338AL

Das Echellegitter wird dieses hier:

https://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm ... E2550-0363

Der CD kommt evtl. von Daniel, wenn er ein Prisma mit AR-Beschichtung und 50mm Kantenlänge auftun kann, ansonsten dieses:

https://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm ... mber=PS854

und als Planspiegel wird es der hier werden:

https://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm ... =PFE05-P01

Als Kameraobjektiv wird das hier verwendet:

http://www.zeiss.de/content/dam/Photogr ... rt2135.pdf

Das Kameraobjektiv wollte ich mir eh kaufen, unabhängig von dem Spektrometer, da es das einzige Objektiv in der Brennweite ist, welche alle Bildfehler so gut korrigiert hat, dass selbst bei Offenblende f/2 an einer Vollformatkamera perfekte Sterne und Bildschärfe bis in die Ecken gegeben sind! Kein Koma, kein Asti, keine Bildfeldwölbung, Keine CA und vor allem keine Verzeichnung, was wichtig ist, um Mosaike zu erstellen (natürlich nicht in der Spektroskopie ). Der einzige Nachteil ist die Systembedingte Vignettierung, welche bei Offenblende zwangsweise nicht unerheblich ist, aber mit einem Flat zu korrigieren sein sollte. Das steht ganz oben auf meiner Prioritätenliste, da es für den Astrourlaub nächstes Jahr parat sein muss.
Das Objektiv wird dann über das Filtergewinde an das Spektrometer adaptiert. Als Aufnahmekamera soll ein Modell mit dem KAF8300 s/w CCD dienen, da dieser die erforderliche CCD-Größe hat.

Es wäre nett, wenn die Echelleprofis unter euch mal da drüber schauen könnten, nicht dass ich irgend wo einen Denkfehler habe. Wenn es soweit in Ordnung ist, werde ich so nach und nach die Komponenten kaufen, und mit dem Bau beginnen. Dies wird aber nicht zuletzt aus zeitlichen und finanziellen Gründen sicher einige Zeit in Anspruch nehmen. Die entsprechenden Halter mit allen erforderlichen Justiermöglichkeiten habe ich schon von meiner optischen Bank.
So, ich hoffe, dass ich nicht all zu viele Informationen vergessen habe, und würde mich über Feedback freuen.

Ach ja, was den Strahlengang in der Zeichnung betrifft weiß ich, dass der nicht ganz stimmt, was Form und Durchmesser betrifft. Ist aber auf jeden Fall konservativ angenommen (denke ich), so dass es passen sollte (bis auf das Stück zwischen Prisma und Kameraobjektiv. Da fehlt die Anamorphose)...

Viele Grüße,

Markus

P.S. Was den Spalt betrifft, muss ich noch sehen, wo ich den her bekomme. Auch alles andere vor dem Spalt, wie die Nachführ- und Spaltkamera fehlen noch in den Zeichnungen. Da werde ich mir etwas geeignetes überlegen, solange bis der Rest fertig ist.

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Hallo Markus,

ich habe mir Deinen Entwurf angesehen. Leider fehlt bei den Abbildungen die Position des Echellegitters, ebenso die Abstände zu Prisma und Objektiv. Du schreibst aber, dass Du eine Vignettierung in Kauf nehmen würdest. Meiner Meinung nach ist das unbedingt zu vermeiden. Wird der Kollimator durch Teleskop und Flatbeleuchtung ungleich ausgeleuchtet (Sekundärspiegel, anderes Öffnungsverhältnis, Justierfehler) sehen Deine Flatkorrigierten dann nämlich etwa so aus: Dieser Ripple ist zwar bei fast jedem Echellespektreum sichtbar und nur schlecht zu kompensieren, aber bei Vignettierung besonders ausgeprägt und ändert beispielsweise auch bei schlechter Fokussierung des Teleskops oder bei Nachführfehlern.
Durch die Vermeidung der Vignettierung sehen die Spektren nach Division durch das Flat besser aus und es ist bedeutend einfacher, die Spektren zu reduzieren.
Ich musste diese Erfahrung selber machen, hat mich viele Stunden gekostet und ich möchte sie jedem ersparen.

Gruss, Martin

Hallo Martin,

vielen Dank für deine Antwort. Die von dir gesuchten Abstände sind auf den Zeichnungen aufgeführt (Abstand Echelle-Prisma=150mm und Abstand Prisma-Kameralinse=75mm) und können auch aus Simechelle entnommen werden. Die Vignettierung bezog sich nicht auf das Teleskop/Spektrometer, sondern auf das Kameraobjektiv. Dabei ist meine Aussage für einen Vollformatchip getätigt (was wahrscheinlich etwas unglücklich war ). Für den eher kleinen KAF8300 CCD sollte keine Vignettierung durch das Kameraobjektiv mehr vorliegen. Wenn aber doch, so sollte man doch ein Flat nur von Kamera und Objektiv machen können, und dieses verrechnen, um die durch das Kameraobjektiv eingebrachte Vignettierung zu beseitigen (ist ja rotationssymmetrisch). Die Abschattungen durch Teleskop und Spektrometer bleiben dabei natürlich unberücksichtigt. Da sollte es aber bei f/10 auch keine Probleme geben... Was meinst du?

Viele Grüße,

Markus

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Hallo Markus,

die Wellen im Gesamtspektrum ergeben sich, wenn ein Teil des zerlegten Lichts am Rand der Ordnung von Prisma oder Kameraobjektiv vignettiert wird. Du solltest also darauf achten, dass auch die Strahlen am Rand der Ordnungen (speziell im langwelligen Bereich) von Prisma und Kameraobjektiv vollständig erfasst werden. Die Flatkorrektur bei Vignettierung im Spektrometer funktioniert leider nur, wenn die Lichtverteilung im Fernfeld (Teleskopöffnung) immer die gleiche ist. Natürlich kannst Du immer einzelne Ordnungen auswerten, ist aber bei der kleinen Linienzahl (hohe Ordnungszahl) recht aufwendig. Die Dimensionen habe ich jetzt gesehen, lag an den Einstellungen meines Browsers resp. Bildschirmauflösung.

Gruss, Martin