Spektroskopie

[Lothar Schanne]

Guten Tag zusammen,

seit einigen Wochen überlege ich mir, wie ich zu einem brauchbaren Echelle-Spektrograph (ES) kommen kann. Hätte ich gerade 12 kEuro übrig, würde ich mir einfach das komplette Shelyak-System kaufen. Aber das ist nicht der Fall - und das Selbstbauen hat auch seine unwiderstehlichen Reize.

Am liebsten hätte ich einen stationär betriebenen ES, also fasergekoppelt. Aber die Faserfütterung gestaltet sich ja unendlich schwierig und die Faser mit ihrem Austrittsverhältnis um 4 heisst sofort, dass man große und teure Optiken (APO-Objektiv) braucht.

Für eine low cost-Version lande ich deshalb bei einem im Fokus des Teleskops angebrachten ES, speziell für mein C14 (F/11) angepasst. Dann werde ich zwar keine genauen Radialgeschwindigkeiten messen können (das setzt stationären Betrieb voraus), aber immerhin kann ich einen weiten Bereich des optischen Spektrums auf einmal aufnehmen (400 bis 700 nm). Und die Effizienz eines solchen Sepktrographen ist hoch.

Nun mache ich alle paar Tage ein neues Design, grob gezeichnet, mit der Maßgabe, dass der gesamte Spektrograph im Originalmaßstab gezeichnet auf ein DIN A4 Blatt passen muss (dann bleibt auch sein Gewicht moderat).

Wegen des langsamen Öffnungsverhältnisses des C14 (F/11) sind die Anforderungen an die Optik moderat. Für das Objektiv vor der CCD reicht eine Blendenzahl von 7 bis 10, je nach gewählter Brennweite. Dadurch sind die Farbfehler und die Bildfeldwölbung gering. So ein Foto-Objektiv bekommt man bei ebay für wenig Geld nachgeworfen.

Die Optik für einen solchen ES (ich nenne ihn mal Lotech, wie Lothars Echelle ) sollte für etwa 500 € zu bekommen sein (Kolli und Echellegitter, Prisma und Objektiv, Spaltbeobachtungsoptik).

Wenn ich ein Design gefunden habe, das ich realisieren möchte, werde ich es den Echelle-Spezialisten unter uns zur Diskussion vorlegen. Mit den dazu notwendigen Berechnungen und Alternativenbetrachtungen. Und der Bitte um konstruktive Kritik und Verbesserungsvorschläge.

Viele Grüße von der Luxemburger Mosel
Lo

[Gierlinger Richard]

Hallo Lothar,

mit dem Gedanken trage ich mich auch. Allerdings werde/muß ich doch die Faserkopplung machen. Ich möchte damit ja Exoplaneten machen, und da braucht das Teil einfach seine Ruhe und konstantes Klima im Beobachterraum. Von den Verbiegungen und sonstigen Einflüßen bei einer Direktkopplung im Fokus gar nicht zureden.
Den Echelle von Shelyak habe ich mir auch schon zu Gemüte geführt. Aber aufgrund der Auslegung würde das bei meinem 700er auch nicht so recht funktionieren. Aber mal sehen, wie sich das weiterentwickelt.

Gruß
Richard

[Klaus Vollmann]

Hallo lieber Lothar,

das hört sich ja ziemlich interessant an und ich würde mich gerne an der Diskussion beteiligen. Zur Zeit ist meine Zeit berufsbedingt knapp bemessen, daher komme ich auch kaum dazu ins Forum zu schauen. Ich hoffe aber, dass sich das bald ändert.

Ich würde an Deiner Stelle jedenfalls mal Kontakt zu Tobias aufnehmen. Der hat ja einen Echelle gebaut, der etwa die Größe hat die Du benötigst. Allerdings hat er soweit ich weiss aber auch teure Komponenten verbaut.

Tobias, stell doch mal ein paar Fotos ein !

Falls Du mein auf Echelle umgebautes Buil-Sheet brauchst sag' einfach Bescheid, dann sende ich Dir die letze Version. Die ist zwar immer noch ein Prototyp, aber vielleicht trotzdem ganz nützlich bei dem Entwurf.

Bis bald
Klaus

[Lothar Schanne]

[Udo Zlender]

Lothar,

es gibt doch 90,60,30-Grad-Prismen. Wenn Du 2x durchgehst (2x30) hast Du wieder 60 Grad (glaub ich mal).

Tobias,

hört sich ja gut an. Da es ein solches Hitech-Gerät ist kannst Du ja mal was zeigen, da es ja dann für Technologie-Piraten uninteressant ist. Hast Du schon Spektren damit gemacht?

Gruß,
Udo

[Thomas Eversberg]

[Tobias Feger]

Hallo Udo,

[Udo Zlender]

Och,

ich verrate doch neuerdings schon wieder so viel lesenswertes ,
das ihr auch mal was zeigen könntet, von dem ich profitiere?

Mit Technologie-Piraten meine ich übrigens die kommerziellen, die ja, wie die Produkte zeigen, noch was abstauben könnten. Und da wir bei den Preisen uns das alles nicht leisten könnten ...

Also, schicke gleich noch ein paar Statements zu hier diskutierten technischen Problemen, damit es rasant weitergeht.

Udo

[Thomas Eversberg]

Hi Udo, die von Dir gezeigten Links sind ja auch sehr hilfreich, ich kann nur nicht verstehen, warum Du daraus ableitest, wir würden hier nichts einstellen/diskutieren, von dem Du profitieren könntest. Und selbst wenn es so wäre: Ich finde die Weitergabe von Wissen ist die Grundlage unserer Diskussionen. Geheimniskrämerei gehört nicht dazu - ich bestreite keinen Wettbewerb und biete nach Möglichkeit all mein Wissen an.

Was die "Technologie-Piraten" angeht: Ich glaube kaum, dass wir hier über schützenswertes Gedankengut reden, es sei denn, Du willst Deine Geräte kommerzialisieren (was ich nicht glaube). Alles andere ist eine Frage der Aneignung von Wissen. Jeder hier kann nach einiger Leseinvestition einen Echelle bauen und ich finde daher, dass Du übertreibst.

Ich muss Deinen Standpunkt akzeptieren, teile ihn aber nicht. Entschuldige meine Offenheit. Als ausgebildeter Wissenschaftler ist mir Deine Ansicht sehr fremd und ich kann nur für eine grundlegende Offenheit werben.

Gruß, Thomas

[Udo Zlender]

Also Thomas,

von euren beiden Echelle-Spektrographen hab ich noch nichts gesehen (außer winzigen Photos) und von Tobias weiß ich nur vom Hörensagen.

Gruß,
Udo

[Lothar Schanne]

[Thomas Eversberg]

[Tobias Feger]

So liebe Leuts,

[Klaus Vollmann]

Hallo Lothar,

ich habe mal ein wenig über das Prismenproblem in Deinem Littrow-Echelle nachgedacht.
Bei meinen Echelle-Rechnungen kam immer wieder heraus, dass ein 200 Linien/mm Gitter ganz gut als Cross-Disperser fungieren könnte. Wer also einen Echelle mit zwei Gittern bauen will, wäre mit dem Baader-Transmissionsgitter gut bedient. Na jedenfalls hat ein 200er Gitter ca. eine Winkeldispersion von etwa 87nm/Grad.
Bei linos (http://www.linos.com/pages/no_cache/home/shop-optik/planoptik/prismen/dispersionsprismen/?sid=12598&cHash=fe07d046e0#sid12598) gibt es 30 und 60 Grad-Prismen aus unterschiedlichstem Materialien und Abmessungen. Dummerweise geben die den Dispersions-Winkel nur für den gesamten Wellenlängenbereich von 480nm bis 643,8nm an. Prismen haben einen recht kräftiges nichtlineares Verhalten von Blau bis Rot. Man müsste das also noch mal genauer für das entsprechende Glas rechnen. Jedenfalls habe ich ein 60 Grad Prisma aus N-F2 gefunden, dass einen Winkel von rund 0,72 Grad für die obengenannten 163,8nm aufweist. Das entspricht also einer Winkeldispersion von durchschnittlich 228nm/Grad, bei doppeltem Durchgang also 114nm/Grad. Ich schätze die Dispersion des Prismas unterscheidet sich im Blauen und Roten ca. um einen Faktor 3-4. Damit hast Du im kurzwelligen Bereich sicherlich ausreichend Dispersion, bei Halpha könnte es aber schon knapp werden und die Ordnungen liegen evtl. zu eng beieinander. Wie schon gesagt müste man das nochmal genauer rechnen. Das nächste “höhere“ Material hat einen Winkel von rund 1,7 Grad, also einen Faktor 2,4 mehr. Das ist dann vielleicht schon zuviel und Du bekommst nicht mehr das komplette Spektrum auf die Kamera.

Ich frage mich allerdings auch was man durch so ein Prisma eigentlich an Licht durchbekommt. Bei Thorlabs geben die eine Reflektivität von fast 10% für unpolarisiertes Licht an. Jedoch ist mir nicht genau klar was das bedeutet. Ich hoffe es bedeutet man verliert insgesamt 10% beim Durchgang, bei Deiner Littrow-Version wären das also schon 20%. Da kommen wir dann schon fast in den Bereich von Gittereffizienzen (nur mal so als Hinweis )

Gruß
Klaus

P.S. Vielleicht baue ich in das Echelle-Sheet alternativ ein Prisma (mit unterschiedlichen Gläsern) als Crossdisperser ein.

[Norbert Reinecke]

Hallo Lothar und Klaus,
falls Du, Lothar, den Vorschlag von Klaus mit dem 200l/mm Crossdisperser erstmal proberen willst, hätte ich eines für Dich. Es ist ein geblastes 207 l/mm Gitter mit 1,25" Gewinde (Okular Standard). Ich hatte das Gitter vor Jahren dem Herrn Müller (DADOS) abgekauft und es tut ganz gut seinen Job.
Gruß,
Norbert

[Lothar Schanne]

[Berthold Stober]

Danach steht das Teil als längere Leihgabe bei Lothar.

Hallo Thomas,

Lothar hat mir soeben davon berichtet und gesagt, ich darf dann den Spektrographen auch mal angucken...vielleicht sogar anfassen...Letzteres weiß er aber noch nicht so genau....)

Hältst Du oder Klaus mein Zeiss Planar als Aufnahmeoptik für geeignet? Kannst Du mir vor ab ein paar Bilder schicken, mit denen ich abschätzen kann, ob ich das Objektiv da einbauen könnte......?

herzlicher Gruß
berthold

[Thomas Eversberg]

Ja, Berthold, vielleicht darfst Du das anschauen... und vielleicht auch mal anfassen...

Ich verstehe Deine Frage nicht genau. Willst Du das Planar als Kameraoptik einbauen? Wenn ja, macht das keinen Sinn. Eine Spiegelkamera ist da schon drin und es muss eigentlich nur eine passende CCD da rein.

Gruß, Thomas

[Tobias Feger]

Lieber Lothar,

mit einem Amici-Geradsichtprisma (3 aneinandergekittete Prismen Kron,Flint,Kron Glas) habe ich auch schon etliche Versuche gemacht. Ich bin mir micht mehr ganz sicher aber ich glaube das Teil hat mir die Ordnungen zu weit auseinandergebolzt!? Außerdem sind die Teile ziemlich schwer. Für meinen Spektrographen hätte ich ein 40mm Prisma (bezogen auf die Höhe und breite) benötigt, gibts für reltativ kleines Geld immer mal wieder in ebay.

Viele Grüße

Tobias

[Thomas Eversberg]

Hi Lothar, warum lenkst Du den Stral vor der Kamera zwei mal um? Das ist fragil, schwer zu justieren und eigentlich ja unnötig. Doch irgendeinen Grund musst Du ja haben. Welchen?

[Lothar Schanne]

[Lothar Schanne]

[Tobias Feger]

Stimmt, die Idee hat was!

Kenne diese Anordnung aus dem Wadsworth-Monochromator:

http://www.ir-spektroskopie.de/spec/basics/prism-monochr.gif

Grüße

Tobi

[Klaus Vollmann]

Hallo Lothar,

ich meine auch, dass Deine Konstruktion zu kompliziert ist. Und das Du heute einen Entwurf machst, den Du morgen wieder verwirfst ist doch normal. Das Problem wird schon irgendwann konvergieren. Ich würde mir auf jeden Fall Zeit lassen. Wir werden sicherlich demnächst auch eine Gelegenheit haben Deine Entwürfe im Detail zu diskutieren und unseren Senf dazu abzugeben. Ich freue mich schon drauf !

Ich würde jedenfalls den einfachsten Entwurf nehmen und das ist meiner Meinung nach der im Schroeder. Ob nun mit Prisma, Transmissions- oder auch Reflexionsgitter.

Benutz doch vielleicht als Ausgangspunkt einfach das Prinzip vom BACHES. Die CAOS-Leute werden sich schon was dabei gedacht haben und er funktioniert doch offensichtlich. Also ist es doch vielleicht ein guter Ansatz: Direkt hinterm Fokus 90 Grad Strahlumlenkung zur optischen Achse, ein einfaches Doublett als Kollimator, das 25 x 50 mm Echelle von Thorlabs, dann durch ein geblazetes (!!!) Transmissionsgitter und dann das so wichtige Kameraobjektiv.

Den Littrow-Entwurf würde ich trotzdem weiter verfolgen weil er wie immer vom Aufbau her so einfach und damit effizient ist. Mit dem Littrow-Echelle habe ich mich übrigens noch nie im Detail beschäftigt. Was ist denn daran das Problem ?

Noch ein Hinweis, aber eher für die Endphase der Planung: Ich habe festgestellt, dass es günstiger sein kann anstelle des 79 1/mm Gitters ein 31,6 1/mm zu verwenden. Du bekommst dann zwar sehr viel mehr Ordnungen, die aber geometrisch viel kürzer sind. Das kann Vorteile bei der Ausnutzung der CCD-Fläche haben.

Gruß
Klaus

P.S. Ich bin nächste Woche beruflich unterwegs und habe evtl. kein Internet zur Verfügung. Darum bitte nicht böse sein wenn ich das Echelle- Sheet erst in ein paar Tagen schicke. Ich muß vorher nochmal drüber schauen.

[Tobias Feger]

Hallo Lothar,

[Thomas Eversberg]

Hallo zusammen!

Mit einem Wadsworth- bzw. Amici-Prisma erhöht sich die Anzahl an Reflektions- bzw. Brechungsoberflächen und somit verringert sich die Effizienz. Man sollte bei der Planung immer daran denken, dass eine Echelleeffizienz schnell schon relativ gering ist und das mit mehr Flächen nicht besser wird. Bei ein oder zwei zusätzlichen Flächen bestimmt kein Problem, doch man sollte daran denken. Dann kann man u.U. auch einen schweren Echelle mit Fiber füttern.

Gruß, Thomas

[Lothar Schanne]

[Lothar Schanne]

[Berthold Stober]

Es ist richtig schade, dass keine Berichte mehr auf meine emailadresse kommen, das wird halt dann zur Folge haben, dass ich kaum noch mitreden kann, weil, andauernd im Forum nachsehen, ob einer wo was geschrieben hat, ist für mich zu umständlich!
schade, aber irgendwie scheint das nicht mehr zu gehen! Muß wohl damit leben!

herzlicher Gruß Berthold

[Udo Zlender]

Hallo Berthold,

dafür habe ich in letzter Zeit öfter die Beiträge als E-Mail bekommen, obwohl ich das gar nicht will? Auch wenn ich gleich auf den Knopf zum Absenden drücke werde ich anschließend erstmal eine Menge Müll auf dem Bildschirm sehen. Irgendwie klappt es dann aber mit der Übersendung.

Lothar,

ein paar Kommentare zu dem obigen Entwurf. Du mußt den ersten Spiegel auf die Achse des zweiten bringen (Newton), sonst handelst Du Dir soviel Koma und Astigmatismus ein, daß Du ziemlich breite und unscharfe Ordnugsstreifen bekommst, die sich dann auch schnell überlappen.

Weiter ist die Obj-Brennweite von 200mm zu lang für den Chip. Du brauchst später zum Kalibrieren dieselben Linien in verschiedenen Ordnungen, d.h. die Ordnungsstreifen müssen möglichst komplett auf den Chip passen.

Tobias und Thomas,

habt ihr schon mal Spektren mit den Geräten gemacht?

Gruß,
Udo

[Thomas Eversberg]

Hi Udo, zeig doch erstmal Deine Kiste.

Gruß, Thomas

[Udo Zlender]

Thomas,

mal unterstellt ich wollte, so könnte ich nicht, da ich seit 2 Monaten mit einem gebrochenen Zeigefinger rumlaufe. Kann mir kaum ein Brot schmieren ...

Gruß,
Udo

[Thomas Eversberg]

Ich kann mich auch selbst verschaukeln. Viel Spass noch allein.

[Thomas Eversberg]

Hi Lothar!

[Tobias Feger]

[Lothar Schanne]

Hello Robin,

the star analyzer is e blazed grating with 100 g/mm. Do you know the efficiency graph of this grating in visible (400-700 nm) ?

Hallo Tobias,

wir hatten uns ja unterhalten, dass es bei Baader Plan. keine 100 g/mm Gitter mehr gibt. Jetzt habe ich gesehen, dass der star analyzer evtl. genau dasselbe Gitter ist.

cheers
Lo

[Tobias Feger]

Hallo Lothar,

[Lothar Schanne]

[Norbert Reinecke]

Hallo Lothar,
darf ich auf meinen Beitrag vom 10.05. un diesem Thread hinweisen? Ich hab genau so ein Ding...könntst Du für 0,00 Euro unter Freunden haben. Im Moment hat der Klaus das Ding zum Probieren. Wenn der das nicht mehr benötigt, dann kannst Du es gerne haben.

Im Übrigen hat der Udo tatsächlich einen ganz übel kompliziert gebrochenen Finger, der ihn trotz OP wirklich massivst behindert und ziemlich Schmerzen bereitet.
Gruß,
Norbert

[Rainer Borchmann]

[Fabian_Voigt]

Hallo!

Die größeren Amiciprismen stammen höchstwahrscheinlich aus dem Polytec-Wellenoptiksatz, der zu DDR-Zeiten für den Physikunterricht an vielen Oberschulen genutzt wurde. Das Prisma ist bis etwa 30mm Apertur gut verwendbar, allerdings von der Qualität der Flächen nur Mittelmaß. In diesem Teilesatz war auch noch eine Sammlung Spektralröhren, Halter und ein Beugungsgitter mit den Zeiss-Jena typischen 651 l/mm enthalten. Diese Teile tauchen teilweise zu guten, teilweise zu übertriebenen Preisen bei ebay auf.
Ich habe auch noch eins dieser Prismen und plane, daraus ein Demonstrationsspektroskop für einen großen Refraktor zu bauen.

Viele Grüße

Fabian

[Rainer Borchmann]

[Lothar Schanne]

[Lothar Schanne]

[Rainer Borchmann]

[Thomas Eversberg]

Hallo Norbert!

[Lothar Schanne]

Hallo Echelle-Freunde,

in der Anlage die Ergebnisse optischer Berechnungen für eine Version, die ich in den nächsten Wochen in Form eines Versuchsaufbaus testen möchte. Dann erst kann ich die endgültige Geometrie festlegen, weil sie von vielen Einzelheiten mitbestimmt wird, insbesondere von den Durchmessern des Querzerlegers (Gitter) und des Kameraobjektivs.
Diese Einfachversion eines Echelle-Spektrographen sollte R = 10000 bis 11000 bringen. Ausgelegt auf mein C14 mit einem 40 um Spalt (F/10 formale Auslegung). Restliche Einzelheiten in dem pdf-file.
Für das Objektiv, das Echelle-Gitter und den Kollimator habe ich bisher 200 € ausgegeben. Das Gitter für den Querzerleger stellt dankenswerterweise jetzt Berthold erst mal bei (Baader Gitter).
Apropos Objektiv: Rechnerisch benötigt das Objektiv Blende 4.5, es ist also keine besondere Lichtstärke erforderlich ! Damit kann das Objektiv bezüglich Durchmesser, Gewicht und Preis klein bleiben (ich habe mal zum Testen für 50 € ein Leitz Fotoobjektiv 90mm/4.0 ersteigert). Falls die Farbkorrektur des Objektivs nicht ausreicht, muß ein besseres her. Aber erst mal abwarten und learning by doing.

Liebe Grüße
Lo

Hello Echelle friends,
in the annex the results of optical computations for a version, which I would like to test in the next weeks in form of an experimental setup. Then only I can specify final geometry, because itis contributed by many details, in particular from the diameters of the cross disperser (grating) and the camera objective. This single version of a Echelle spectrograph should bring R = 10000 to 11000. Designed for my C14 with 40 um slit (F/10). Remaining details in the pdf file. On the objective, the Echelle grating and the collimator I spent so far 200 €. The grating for the cross disperser comes from Berthold (Baader transmission grating). Apropos objective: Computationally the objective needs F/4.5, it is thus no special luminous intensity necessary! Thus the objective can be small - concerning diameters, weight and price (I bought for testing for 50 € a Leitz photo objective 90mm/4.0 purchased by auction). If the color correction of the objective is not sufficient, a better must aquisited. But step for step and learning by doing.

cheers
Lothar

[Lothar Schanne]

Hallo,

in dem verwendeten Excell-sheet war noch ein Formelfehler. Leider wird das nix mit einem f/4 Objektiv, es muss schon 2,5 haben. Mist.

Also bitte nicht mein sheet nehmen und nachbauen. Ich übernehme keine Verantwortung für die Richtigkeit

Liebe Grüße
Lo

[Berthold Stober]

Hallo Interessierte,

ichhabe nach Berechnungen der großen Helden Lothar und Klaus einen funktionstüchtigen echelle gebaut und gebe in der Anlage flats und neonspektren dazu. Durch die wirklich extrem engagierte Zuwendung von Otmar wurde ich weiter motiviert die zunächst mit einer canon erhaltenen spektren nun auf meine ST7 anzupassen.Da ich derzeit völlig unfähig bin, echellespektren zu reduzieren hat das Otmar schon heute einmal für mich (uns!) gemacht, ich bitte Dich Otmar, das auch mit den angehängeten spektren zumachen. Das ist derzeit das Maximum, was ich fertig bekomme. Mehr geht auf absehbare hiermit nicht. Jetzt wird es dann darum gehen das System ordentlich aufzubauen, und irgendwie einen geeigneten Spalt hinzukriegen, der dann auch beobachtet werden kann. Ich habe das für die ST7 jetzt optimiert unter Verwendung eine Zeiss Biotar 1:2/58........der Apparat ist sehr leicht, das Schwerste ist die Kamera und das Kameraobjektiv. Das ganze ist bedeutend leichter als der lhires und hat weit günstigere "Hebelverhältnisse"....

herzlicher Gruß
berthold

ps die dateien können nur mit einem Programm angeshen werden, welches *.fit ordentlich lesen kann.

[Thomas Eversberg]

Das ist ja hier der volle Skandal! Wir reden und reden...und dann kommt der Onkel Doktor und schlägt zu.

Berthold, ich bin ganz von den Socken und gratuliere. Stell doch mal ein Bild von dem Aufbau ein. Zwei Dinge fallen mir auf. Erstens sieht man an den Neon-Linien, dass ein Spalt fehlt (besser eine Art Pinhole) und zweitens sind die Ordnungen schön weit auseinander. Wie hast Du letzteres geschafft? Hast Du eine Ahnung von der Qualität des Zeiss Biotar bezüglich Farbfehler?

Gruß, Thomas