Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Hi,

I've assembled a white-pupil spectrograph out of Thorlabs components and two off-axis parabolas (OAP) from an old spectrometer. The mirrors have a focal length of around 200 mm and an off-axis angle of 7 degree. The instrument is fed by a single-mode fiber with ~3 micron core diameter and operates in the visible wavelength range. it almost fits into a shoe box.

Enjoy

Cheers,

Tobias

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Dein Projekt. Mach es fertig, bevor es Dich fertig macht!

Was ist das " Mini Whiteboard pupil"?

hG
Berthold

Hallo Berthold,

Es geht um einen Spektrographen im "white pupil"-Design:

The “Pupille Blanche” principle, a term coined in the early 1970s by André Baranne for a novel spectrograph concept, where the beam dispersed by the grating is re-collected by the collimator optics to produce an image of the grating (the white pupil — white because here all the dispersed beams overlap again), where the camera or cross-disperser is placed. The second pass through the collimator may be thought to be a waste of photons, but compared to more traditional designs, the overall efficiency is actually improved, because the camera mouth can be placed very close to the second pupil, which eliminates vignetting. The concept also allows the grating to be used with a small angle between inci­ dent and diffracted beams, which maxim­ ises the diffraction efficiency. There is also the additional design freedom to tune the diameter of the white pupil.

https://www.eso.org/sci/publications/me ... 136-13.pdf

Herzliche Grüße,
Otmar

Hallo Tobias,
trotz Deiner Bilder und Otmars Erklärung verstehe ich den ganzen Aufbau nicht. Welche Lichtquelle hast Du benutzt? Könntest Du bitte noch mit einer Skizze den Strahlenverlauf erläutern.
Viele Grüße
Christian

Christian,
The white pupil configuration is very well explained in Appenzeller's "Introduction to Astronomical Spectroscopy", p84. It is also shown in Eversberg & Vollmann's "Spectroscopic Instrumentation", p276.
I'll try to get a copy of the optical layout (See attached) 2017-09-20 1:58 GMT+10:00 Christian Netzel <fg-spek-tech@vdsastro.de>:
Link zum neuen Beitrag: http://forum.vdsastro.de/viewtopic.php?t=4919#p30282

Hallo Tobias,

trotz Deiner Bilder und Otmars Erklärung verstehe ich den ganzen

Aufbau nicht. Welche Lichtquelle hast Du benutzt? Könntest Du bitte

noch mit einer Skizze den Strahlenverlauf erläutern.

Viele Grüße

Christian

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"Astronomical Spectroscopy - The Final Frontier" - to boldly go where few amateurs have gone before....

http://astronomicalspectroscopy.com

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" Astronomical Spectroscopy for Amateurs" - Springer

Hi Christian
Strahlenverlauf ist angehaengt. Das Ding wo die Faser drinne steckt ist ein reflektiver Faserkollimator (oder eben eine off-axis Parabel), dahinter im kleinen schwarzen Tubus befindet sich ein Achromat mit 60 mm Brennweite, beide zusammen aendern das f-ratio der Faser von schnell zu langsam. Der divergente Beam trifft auf den OAP 1, wird kollimiert und aufs Echelle umgelenkt. Vom Echelle gehts wieder zurueck auf den OAP1, dann wird der Beam fokusiert mit dem Spiegel auf den zweiten OAP umgelenkt welcher wieder einen kollimierten Beam erzeugt. Lichtquelle ist eine Weisslichtquelle welche man fuer Flats verwendet. Das aufgezeigte System ist ein 1:1:1 Relay wobei OAP1, OAP2 und Camera etwa dieselbe Brennweite haben. Bei groesseren Multimode Spektrographen ist die Kamera ueblicherweise ziemlich schnell.

Hoffe das hilft irgendwie

Als Lichtquelle hab ich eine Weisslightquelle verwendet.

Gruesse,
Tobias

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Hallo Tobias,

ich hab' auch mal eine Frage zu dem interessanten White Pupil Concept:
Man ließt ja häufiger, dass Echelle-Spektrografen unter Streulichtproblemen leiden. Bei Streulichtproblemen in Optiken kann man z.B. einen Zwischenfokus erzeugen und genau dort eine möglichst enge Blende als Raumfilter platzieren. Bei dem White Pupil Echelle ist ja genau diese Voraussetzung gegeben. Wäre es nicht sinnvoll wenn man genau auf Fold1, also am Ort des Zwischenfokus, diese Blende anbringen würde ?

Grüße
Klaus

Hallo Klaus,

Das hast Du richtig erkannt. Üblicherweise platziert man bei einem "white pupil"-Spektrographen an der Stelle eine Streulichtblende.

Herzliche Grüße,
Otmar

Hi Klaus,

hat man so auch schon gemacht (z.B. beim FOCES Spektrograph) wobei der Zwischenfokus hier, durch den Versatz der OAPs etwas hinter dem Fold liegt.

https://aas.aanda.org/articles/aas/full ... /img18.gif

Gruss

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Hallo Tobias,

warum ein solches Design für einen so "kleinen" Spektrographen? Könntest Du den Vorteil zu einem "klassichen" Design hier erläutern?

Neben den genannten Vorteilen des WP-Aufbaus sehe ich den, dass die Brennweite des Transferkollimators (Dein zweiter OAP) normalerweise kleiner gewählt wird, um den Beamdurchmesser an der optischen Kamera zu verkleinern. Das hat den Vorteil, dass Selbige und der CD geringere Abmessungen haben können. Dafür muss aber die Dispersion des CD stärker sein.

Der große Nachteil eines solchen Aufbaus ist die i.d.R. starke Bildfeldkrümmung in einer Richtung, was immer den Gebrauch eines toroidalen Fensterns kurz vor der CCD erforderlich macht. Wie hast Du das hinbekommen? Es gibt natürlich noch den Ansatz eines Mangin Spiegels nahe des WP-Fokus, aber das wäre dann wieder eine Sonderfertigung.

LG,
D

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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/

Hi all, this is depicted in our book on page 297. From my point of view Tobias' design does not take the white pupil design into perfect account, if the draft is true to scale. The cross disperser should (could?) be positioned closer to the intermediate focus "...because the camera mouth can be placed very close to the second pupil, which eliminates vignetting.".
Gruß, Thomas

- sehr kleiner gamma Winkel (1-1.5 Grad) --> effizienter
- keinen Wellenlaengenabhaengigen gamma Winkel wie bei einem Littrow Echelle (wird uebel in der Datenreduktion wenn man mehrere Fasern verwendet)
- Kameradesign wird entspannter da das Licht nur einmal durch geht
Stimmt, ist hier aber nicht noetig da der Stahl ohnehin schon klein ist (etwa 15 mm 1/e^2). Leider wird die Kamera dann auch wieder komplexer.
Mangin Spiegel sind ganz uebel zu justieren! Kamerafenster hab ich noch nicht gerechnet oder eben mal ausprobiert. Ob das bei einer Brennweite von 400-500 mm wirklich eine groesse Rolle spielt weiss ich nicht. Bildfeldkruemmung ja, muss mal schauen .... wollte erstmal sehen ob die Spiegel was taugen

Gruss

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Hallo Thomas,

irgendwie verstehe ich Dein WP Design nicht. So wie das ausschaut befindet sich der Cross-disperser zwischen OAP 1 und OAP 2, das heisst im divergenten Strahl?
Ist auch schon spaet hier ....

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Hi Tobias, wenn ich das richtig verstehe, ist der Cross-Disperser doch immer im divergenten Strahl nachdem das Licht am Echelle gebeugt wurde. Gruß, Thomas

Hallo Thomas,

Das hast Du nicht richtig verstanden Das Gitter macht den Strahl nicht divergent.

Herzliche Grüße,
Otmar

Hallo Otmar, vielleicht verstehe ich das ja nicht, doch wenn der Strahl dispergiert würde ich ihn als divergent bezeichnen. Die Farben werden nicht parallel verlaufen. Der Cross-Disperser ist auch im oberen Teil meiner Abbildung nicht im parallelen Strahl. Aber vielleicht bin ich ja auf dem Holzweg.
Gruß, Thomas

Hallo Thomas,

Das Echelle-Gitter macht natürlich eine Winkeldispersion, das ist klar. Aber Strahlen gleicher Wellenlänge sind nach dem Echelle immer noch parallel und müssen es auch vor dem Cross-Disperser sein. Daher funktioniert Deine Skizze für den "white pupil spectrograph" so nicht. Du musst wie im Strahlengang von Tobias zweimal durch den Kollimator.

Herzliche Grüße,
Otmar

Jetzt verstehe ich, Otmar, so betrachtet stimmt das. Dann wäre aber auch die erste Skizze falsch, meine ich. Es kommt darauf an, was man darstellen möchte. Hätten wir durchgehend parallele Strahlengänge, müsste die Kameraoptik nicht größer sein als der Kollimator. Gruss, Thomas

Hallo Thomas,
Welche Skizze meinst Du?

Gruss,
Tobias

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Hi Tobis, ich meine meinen Beitrag am 20. September 2017, 10:01:49 AM. Gruß, Thomas