Как в реальности выглядит кросс-дисперсный спектр (из эшелле-спектрографов)?

Я химик-аналитик с некоторым интересом к любительской спектроскопии. Поскольку астрономы используют эшелле-спектрографы для изучения спектра звезд с высоким разрешением, кто-то предложил разместить запрос здесь. Решетка Эшелле дает спектр с несколькими перекрывающимися порядками. Затем можно использовать перекрестный рассеиватель, который может быть призмой или решеткой, который может разделить перекрывающиеся порядки, и тогда мы получим спектр с очень высоким разрешением. Я хочу знать, как выглядит реальная спектрограмма эшелле — как если бы мы смотрели на двумерный спектр невооруженным глазом?

У меня маленькая решетка Эшелле (79 штрихов/мм, 75 о blaze) и попытался визуально сгенерировать двумерный спектр с помощью пластиковой передающей решетки. Источником света послужила обычная люминесцентная лампа. Фото размещены ниже. Эксперимент слишком элементарный. Горизонтальная щель, сделанная двумя лезвиями как вход в более короткий прямоугольник обувной коробки. Свет от щели падает на отражающую эшелле. На большей стороне обувной коробки я сделал окошко, чтобы сделать снимок.

Рисунок 1: Вертикальная щель в картонной коробке, длинная сторона эшелле перпендикулярна щели. Виден ожидаемый спектр перекрывающихся порядков.

Вертикальная щель

Рисунок 2: Горизонтальная прорезь в картонной коробке, теперь длинная сторона эшелле параллельна прорези.

Горизонтальный сдвиг

Теперь, если мы возьмем в руку пластиковую передающую решетку (Эдмунда) с ее штрихами, перпендикулярными эшелле, и посмотрим на эшелле через эту передающую решетку, я смогу сфотографировать следующий двумерный спектр.

Рисунок 3: Держите передающую решетку так, чтобы ее штрихи пересеклись с эшелле, и посмотрите на рисунок №. 2. Решетка

К сожалению, это похоже на реплику спектра, а не на разделение порядков.

**Основной вопрос: Как держать передающую решетку, чтобы визуально видеть разделенные порядки. Изображение № 3, якобы, было разделение порядков, но не похоже.

Если бы это был настоящий двумерный спектр, мы бы увидели некоторое увеличение расстояния между зелеными линиями Hg. Все разделенные ордера имеют одинаковое разрешение. Есть ли какой-нибудь другой простой способ увидеть истинный перекрестно-рассеянный спектр глазами, используя простую картонную коробку? Ключевой проблемой, по-видимому, является вопрос о том, как мы должны держать передающую решетку, чтобы увидеть настоящий двумерный спектр, в отличие от рисунка 3.**

РЕДАКТИРОВАТЬ

После предложения профессора ELNJ в ответе я хотел подтвердить, имел ли он в виду это. На решетке есть стрелка с карандашом (от ThorLabs), которая показывает направление пламени, потому что, глядя в этом направлении, можно увидеть «радугу» цветов. Таким образом, стрелка направлена ​​к зрителю, и я держу передающую решетку «скрещенной» с линейкой эшелле.введите описание изображения здесь

Грубый взгляд на то, что кажется глазу

введите описание изображения здесь

Я не понимаю вашего вопроса. У вас есть изображение реальной эхеллограммы. Вот как это выглядит; если правильно подобрать оптику. Вы наложили деккер на щель? В спектрографах Echelle нельзя использовать «длинную щель».
Вы говорите о цифре шкалы серого? Так ли это выглядело бы, если бы мы могли «использовать» наши глаза на выходе эшелле-спектрографа? Я добавляю больше фотографий, чтобы показать, как выглядит вертикальная щель? Прорези представляют собой не что иное, как две лопасти, горизонтальные и вертикальные на входе в картонную коробку.
@M.Farooq M.Farooq, было бы хорошо немного уточнить это и убедиться, что есть конкретный вопрос, связанный с астрономией, на который может быть конкретный ответ, связанный с астрономией, и который четко указан. Здесь много, и трудно точно сказать, на какую часть ответить. Как уже отмечалось, черно-белое изображение показывает (без цвета), как оно выглядело бы, если бы мы могли его увидеть. Конечно, они обычно слишком тусклые, чтобы их можно было разглядеть, но если бы свет был достаточно ярким, чтобы его можно было обнаружить, но недостаточно ярким, чтобы сработало наше цветовосприятие, то, если бы вы положили лист бумаги в фокальной плоскости, это могло бы выглядеть так. .
Я думаю, что это следует разбить на несколько вопросов, и некоторые части могут быть лучше в Physics SE, особенно о том, как именно выполнить кросс-дисперсию для спектрографа DIY. Я думаю, вопрос о том, как найти ранние, исторические изображения фотопластинок эшелле или проекты спектрографов, может быть поучительным, поскольку первые будут показывать многие эффекты, которые были разработаны более поздними, более сложными инструментами, а затем ПЗС.
Но просто спросить: «Как я могу построить спектрограф, используя мою решетку эшелле для любительских наблюдений?» также может быть подходом к тому, чтобы оставаться в теме, а также получать ответы.
@uhoh, вы правы, я много искал в Интернете спектрограф DIY echelle, я не могу найти ничего, что было бы достаточно просто для домашнего эксперимента.
Я действительно не могу понять, что это за картинки. Картинка 1 выглядит так, как я и ожидал - перекрывающиеся ордера. Что такое картинка 2? Изображение 3 показывает несколько вертикальных копий одного и того же спектра - я не понимаю, как вы получили это из изображения 1. Последнее изображение представляет собой изображение спектра эшелле, полученное ПЗС-матрицей.
Роб, я отредактировал вопрос и уточнил метки изображений.

Ответы (2)

Непосредственная визуализация кросс-дисперсионного эшелле-спектра — хороший эксперимент (я делаю это со своими студентами-астрономами старших курсов, когда преподаю об этом), но это немного сложно, потому что ваша интуиция по другим типам решеток может ввести вас в заблуждение в терминах. о том, как организовать вещи для просмотра.

Суть в том, чтобы понять, что угол блеска эшелле-решетки очень велик, часто 60° и более. (Я вижу, у вас 75°.) Вот диаграмма, которая помогает визуализировать последствия этого:

Типы дифракционных решеток( отсюда )

Если вы посмотрите на световой путь для эшелле-решетки, то увидите, что она освещена под очень крутым углом, и что рассеянный свет уходит почти в том же направлении, что и освещение. Это говорит вам о том, что вам нужно сделать, а именно иметь источник света, исходящий рядом с (или даже позади) вашей головой, чтобы свет падал на решетку более или менее в том же направлении, в котором вы смотрите. Вы хотите, чтобы свет падал на решетку почти перпендикулярно наклонным граням граней.

Вот что я делаю:

  1. Поместите решетку эшелле на плоскую поверхность, например на стол, так, чтобы короткая сторона прямоугольника была обращена к вам.
  2. В качестве источника света я использую небольшой светодиодный фонарик и вырезаю кусок картона, чтобы замаскировать большую часть выходного сигнала, пропуская только небольшой круг света (например, один из светодиодов).
  3. В одной руке держите фонарь рядом с лицом, указывая на решетку.
  4. С другой стороны, вы можете использовать обычную передающую решетку в качестве кросс-диспергатора. Посмотрите через ручную решетку на решетку эшелле, освещая ее фонариком. Возможно, вам придется поэкспериментировать, чтобы увидеть, в какую сторону повернуть решетку, чтобы ее дисперсия была перпендикулярна дисперсии эшелле.
  5. В зависимости от угла свечения вам, возможно, придется присесть, чтобы смотреть на решетку эшелле под достаточно низким углом. С вашим углом свечения 75° это означает, что вы хотите освещать и видеть решетку только под углом 15° от горизонтали. Опять же, обращение к картинке выше поможет вам понять, что делать.

Редактировать: это также помогает максимально затемнить комнату, чтобы свет, который вы видите, исходил (насколько это возможно) только от одного луча, без рассеянного света, попадающего с других углов.

Удачи! Не стесняйтесь задавать вопросы.

Спасибо, это именно то, о чем я спрашивал, в чем хитрость, чтобы увидеть настоящую 2D-эхеллограмму. Я добавил изображение, на котором видно, что пламя направлено ко мне, и я держу решетку, скрещенную с этим эшелем. Это то расположение, которое вы предлагаете, когда показываете его студентам. Добавил картинку для подтверждения.
Да, это правильно. Возможно, вам придется повернуть ручную решетку на 90 градусов — просто попробуйте и убедитесь. В одной ориентации вы должны увидеть узкую беловатую полосу (из-за перекрывающихся порядков), а в другой ориентации вы увидите, что они смещены друг относительно друга по вертикали. Теперь вам просто нужна темная комната и яркий узкий источник света. Я отредактирую свой ответ, чтобы уточнить, что темная комната помогает.
Еще один вопрос, если бы мы сделали прямоугольную щель на светодиоде, была бы длинная сторона щели параллельна линейке эшелле?
Да, я думаю, это правильно. Рассеивание должно быть перпендикулярно линейкам, поэтому нормально, если ваш источник света расположен параллельно линейкам. Единственным ограничением является то, что вам нужно достаточное количество дисперсии в вашем перекрестном диспергаторе для разделения ордеров. Чем длиннее ваша щель, тем выше будет каждый ордер, и тем больше перекрестной дисперсии вам нужно, чтобы разделить их.
Хорошо, спасибо, логично. То, как я держу пластиковую, делает линейку решетки передачи перпендикулярной решетке Эшелле. Если я поверну его на 90, штрихи обеих решеток параллельны. Я думаю, вашим ученикам повезет, если вы их этому научите. Учебные цифры не дают представления об ориентациях, что ставит в тупик лет 5-6.
С вашим ручным подходом, с щелью, параллельной линейке эшелле, я снова могу видеть «изображение 1» с люминесцентной лампой. Теперь пересечь решетку передачи. Я по крайней мере вижу правильное расположение, все фиолетовые в одну линию, зеленые в одну линию и красные тоже в одну линию. Когда вы будете делать демонстрацию в следующий раз, взгляните на дискретный источник. Все линии не лежат в одной плоскости. Это лучшее, что может попасть в руки, иначе самый дешевый спектрограф echelle не будет стоить 7000 евро.
Рад, что вы что-то видите! Не могли бы вы пояснить, что вы подразумеваете под «все линии не в одной плоскости»? Правда, заказы могут быть кривыми - вы это имеете в виду? (Вот пример, примерно на полпути вниз по странице: cosmicdiary.org/fpatat/2009/01/21/… )
Я чувствую, что с конфигурацией, показанной на последнем рисунке, можно создать изображение 1 без пластиковой решетки, и когда пластиковая решетка удерживается, как показано, заказы сортируются параллельно, возможно, что-то вроде image3.slideserve.com/7029306 /… Я бы также посоветовал вам взглянуть на прерывистый источник, например на люминесцентную лампу. Непрерывный свет очень обманчив. Я пытался сфотографировать, но не удалось через решетку передачи.
«С вашего ручного подхода, когда щель параллельна линейке эшелле, я снова вижу «изображение 1» с люминесцентной лампой. Теперь пересеките передающую решетку. По крайней мере, я вижу правильное расположение». Итак, по прошествии нескольких дней вы соглашаетесь с тем, что вам следует просматривать рис.1 через кросс-диспергатор! Это было проблемой все время.
Я пробовал это раньше, конечно, потому что это «единственный» другой вариант пересечения изображения 1 или 2. Однако появление линий нигде не похоже на изображения из «учебника» или изображение, которое вы разместили в любом случай. Это чем-то похоже на en.wikipedia.org/wiki/Echelle_grating#/media/… , поэтому я предложил ELNJ попробовать прерывистый источник.
Затем @m.farooq покажите изображение, эквивалентное рис. 3, которое вы сделали, когда использовали кросс-диспергатор для просмотра рис. 1, с линейчатыми линиями эшелле и кросс-диспергатора под прямым углом. Я согласен, что источник континуума может быть более полезен для диагностики, если у вас есть детектор, чувствительный к цвету.
@RobJeffries, по некоторым причинам сложнее сделать перечеркнутую версию фотографии №. 1 из-за угла обзора и удержания решетки передачи. Я пытался несколько раз без успеха. Буду продолжать попытки сфотографировать эту обстановку.
@RobJeffries, я добавил грубое приближение в качестве схемы того, что кажется глазам.

Вы делаете это неправильно, если пытаетесь перекрестно разогнать свой рис.2. Вы должны перекрестно рассеять свой рис.1.

Спектр с перекрестной дисперсией требует, чтобы рассеивающие элементы располагались под прямым углом.

На вашем рис.1 показан рассеянный спектр от эшелле с перекрывающимися порядками.

Для разделения ордеров вы просматриваете Рис.1 с элементом кросс-диспергатора, но с направлением рассеивания кросс-диспергатора, расположенным вдоль оси Y ваших изображений. Схема будет примерно такой, где штрихи решетки обозначены линиями. (Я полагаю, что это изображение изначально взято из «Оптической астрономической спектроскопии» К. Р. Китчина).Схема эшелле-спектрографов.

Ориентация щели будет параллельна линиям на эшелле, но вам нужно сделать щель достаточно короткой, чтобы порядки могли быть разделены поперечным рассеивателем.

Это должно произвести что-то вроде того, что показано ниже, если вы освещаете его источником континуума. То, что именно вы увидите, будет зависеть от рассеивающей способности перекрестного рассеивателя (должна быть низкой и часто используются призмы), размера вашей ПЗС и длины щели.

Кросс-дисперсионная эхеллограмма

Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .
Как в реальности выглядит кросс-дисперсный спектр (из эшелле-спектрографов)?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v