Fragen bzgl. Beugungsgitterausleuchtung etc.

blueplanet

Mitglied
Hallo zusammen,

ich bin gerade dabei mir ein etwas selteneres Instrument zu konstruieren bzw. zu bauen: einen Spektroheliographen.
Lit. dazu hab' ich inzwischen haufenweise gesammelt (Veio etc.).
Mit so einem Gerät ist es möglich die Sonne bei verschiedenen Wellenlängen monochromatisch aufzunehmen.
Der Aufbau ist "von vorne bis hinten" etwa folgender:
- Objektiv
- Spalt im Objektivfokus
- Kollimator (Littrow)
- Beugungsgitter
- zweiter Kollimatordurchgang
- CCD-Flächen oder Zeilensensor im zweiten Fokus des Kollimators

Herzstück dabei ist natürlich das Beugungsgitter und hierzu folgenden Fragen.

1. Um die volle Auflösung des Gitter auszunutzen muß dieses von dem Kollimator komplett ausgeleuchtet werden. D.h. das auf das Gitter auftreffende Lichtbündel sollte einen Durchmesser wie die Diagonale des Gitters haben (bei einem rechteckigen/quadratischen Gitter gibt das an den Ränderen natürlich Lichtverluste).
Bspl.: Kollimator mit 700mm Brennweite und f/10 Eintrittslichtbündel vom Objektiv würde also ein 50x50mm Gitter bei exakt senkrechter Beleuchtung gerade ausleuchten (punktförmige Eintrittslichquelle angenommen, bei einem Spalt wird's natürlich etwas komplizierter).
Was für Auswirkungen hätte es nun, wenn beispielsweise nur die Breite des Gitters voll ausgeleuchtet werden würde
(in obigem Beispiel hätte das Lichtbündel also nur 50mm Durchmesser)? Wie macht sich das in dem Sonnenbild bemerkbar?

2. Wenn man sich den Strahlenverlauf vom Objektiv bis zum Kollimatorobjektiv ansieht fällt auf, daß nach dem Fokus des Objektivs die Achsen der Strahlenbündel divergent verlaufen. D.h. ohne weitere Maßnahmen landet ein Haufen Licht neben dem Gitter und ist verloren.
Eigentlich müßte doch aus diesem Grund kurz nach dem Fokus des Objektivs (also kurz nach dem Spalt des Kollimators) eine Feldlinse eingefügt werden, die die Achsen der Lichbündel wieder auf dem Gitter konvergiert?
Allerdings konnte ich bei allen mir bekannten Selbstbaumonochromatoren eine solche nicht entdecken.
Wird der Lichtverlust hier einfach hingenommen?

Kommentare hierzu sind sehr willkommen!

Ciao Werner
 
Moin,

auf der Seite der Fachgruppe Spektroskopie gibts Excelsheets
mitdenen Du eine Reihe von Parametern Deines Spektrums
in Abhängigkeit Deiner Hardware und Deiner Strahlengeometrie
leicht berechnen kannst.

Gruß
Rainer
 

ThomasSpektro

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Hallo Werner,

zu 1.: Es reicht vollkommen aus, Dein Gitter unter der Linearabmessung auszuleuchten. Ich behaupte - ohne Deine Pläne im Detail zu kennen, Spaltbreite und der Rest der Optik machen die Auflösung so "schlecht", dass sie nie durch die Linienzahl des Gitters dominiert wird.

zu 2. Die "einzige" Aufgabe des Kollimators ist gerade die Parallelisierung. Erst danach kommt das Gitter. Der Spalt steht im gemeinsamen Brennpunkt des Kollis und des Objektives.

Gruß
Thomas
 

blueplanet

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Hallo zusammen,

danke Euch beiden für die Antworten!

@Thomas:
zu 1: Die Auflösung des Monochromators darf auch nicht "zu schlecht sein". Immerhin möchte ich die H-alpha-Linie isoliert auf einer CCD-Zeile aufnehmen. Der Kernbereich der H-alpha-Linie von 0.6A sollte da also zu liegen kommen.
Mich hätte halt interessiert, wie sich die "gemischte Auflösung" im Fall eines nicht voll ausgeleuchtetet Gitters im Bild bemerkbar machen würde.

zu 2: Die Aufgabe eines Kollimators ist mir klar, allerdings möchte ich ja ein flächenhaftes Objekt (Sonne) aufnehmen und keine Punktquellen. Bei Punktquellen nahe der optischen Achse (so wie für die Sternspektroskopie) ist die Kollimatoranordnung mit einem einfachen Fernrohrobjektiv in Retrostellung ausreichend.
Bei Objekten mit einer gewissen Ausdehnung laufen aber die Hauptachsen (!!!) der Lichtbündel an der Feldrändern nach dem Fokus des Fernrohrobjektivs divergent auseinander. Verlängert man die Strahlengänge bis zum Kollimatorobjektiv sieht man, daß die Randstahlen außen vorbeilaufen und gar nicht mehr auf dem Gitter landen.
Insofern müßte man unmittelbar nach dem Fernrohrfokus eine Feldlinse einfügen, die die divergenten Strahlenbündel des Feldrandes quasi wieder auf das Kollimatorobjektiv "umbiegt"(siehe Kapitel Kleinfeldkollimatoren im Laux).
Vielleicht häng' ich mal 'ne Skizze an, dann wird's vielleicht klarer.

Ciao Werner
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Der Aufbau ist "von vorne bis hinten" etwa folgender:
- Objektiv
- Spalt im Objektivfokus
- Kollimator (Littrow)
- Beugungsgitter
- zweiter Kollimatordurchgang
- CCD-Flächen oder Zeilensensor im zweiten Fokus des Kollimators
Hallo Werner,

erst mal zur Beschreibung vom "Aufbau":

Ein Spektroheliographen erzeugt ja einen Scan der ganzen Sonnenscheibe in einem schmalen Wellenlängenbereich.
Der Spalt im Objektivfokus lässt zunächst nur einen schmalen Streifen der gesamten Sonnenscheibe durch.
Durch das Scannen der Sensorposition, oder alternativ durch das Verkippen geeigneter Spiegel im Strahlengang,
kann aber sukzessiv die gesamte Sonnenscheibe abgebildet werden.

Um aus dem gesamten Spektrum eine bestimmte Linie auszuwählen, brauchst Du dann das Beugungsgitter
mit geeigneten Kollimatorlinsen. Bei Verwendung von einem Flächen-Sensor brauchst Du in jedem Fall noch
einen zweiten Spalt zur Selektion der Wellenlänge, wenn Du nicht gleich mit einem Zeilen-Sensor arbeitest.

Das nur zum besseren Verständnis der Funktionsweise.

Nun zu Deiner eigentlichen Frage:

Bei Objekten mit einer gewissen Ausdehnung laufen aber die Hauptachsen (!!!) der Lichtbündel an der Feldrändern nach dem Fokus des Fernrohrobjektivs divergent auseinander. Verlängert man die Strahlengänge bis zum Kollimatorobjektiv sieht man, daß die Randstahlen außen vorbeilaufen und gar nicht mehr auf dem Gitter landen.
Wenn die Randstrahlen von Deinem Schlitzbild das Gitter verfehlen, dann ist die Kollimatorkonfiguration offensichtlich ungeeignet.
Du solltest dann die Brennweiten der verwendeten Linsen und die Abstände so wählen, dass es passt.

Vermutlich kennst Du ja die folgende Seite von Philippe Rousselle

Spectroheliograph

Dort wird unten auch eine Refraktor/Littrow Anordnung gezeigt.

Die Abstände und Brennweiten der Linsen müssen halt so gewählt werden, dass die volle Sonnenscheibe bzw. der ausgewählte Schlitz davon durchkommen.

Mit freundlichen Grüßen,
Peter

 
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