FoReRo2

Описание на двуканалния фокален редуктор

и принадлежностите към него





 

 

Фигура 1: Оптическа схема на двуканалния фокален редуктор.

(а) Ричи-Кретиен (РК) - фокална равнина
(b) офсетен гид
(c) полева леща
(d) колиматор
(e) еталон на Фабри-Перо или четири-секторна призма на Воластон
(f) цветоделител
(g) бленда на Лио (не се използва  винаги)
(h) филтър
(j) камерен обектив
(k) CCD камера.
        Забележка: Когато позиция (e) е празна, дясната част на инструмента може да се премести наляво, към Касегреновата фокална равнина за да се редуцира винетирането.

 

        Двуканалният фокален редуктор намалява изображението, формирано в РК фокуса, с фактор 400/140 = 2.86 при непроменена входна апертура. По този начин се постига едно по-добро съгласуване на размера на пиксела с качеството на изображението на телескопа, ограничено от атмосферната турбулентност. Той се състои от РК-модул, колиматор, цветоделител в паралелния ход на лъчите след колиматора и две камери (‘син’ канал, отклонен под прав ъгъл и ‘червен’ канал, праволинейно). Цветоделителят може да бъде сменян. В паралелния ход на лъчите, преди цветоделителя има възможност да се поставят или два управляеми интерферометъра на Фабри-Перо, или поляризационна оптика. Тази оптика захранва  двата канала. Освен това, след цветоделителя, поотделно (независимо) в двата канала могат да се поставят филтри. Тези филтри обслужват само каналa, в който са поставени. Редукторът е представен  схематично на фиг. 1.


Схема на механичната конструкция на фокалния редуктор  е представена  в лявата половина на  фиг. 2, 

а дясната половина на същата фигура показва  външния вид на редуктора, окомплектован с част от  принадлежностите към него.




    Фигура 2:  Схема на механичната конструкция на фокалния редуктор (ляво) и външен вид с монтирани принадлежности. На чертежа в ляво червеният канал завършва със CCD камера, разположена по продължението на оптичната ос. В момента (2004 г.)  червеният канал се обслужва от камера, която е разположена  перпендикулярно на оптичната ос, така както е показано в дясната част (матрицата е монтирана отстрани на дюара).


Двата електронни блока в горната част на фиг.2 са контролерът за управляемите интерферометри Фабри-Перо (горе) и контролерът за стъпковите двигатели на офсетния гид (долу). Контролерите управляващи CCD-камерите са монтирани на противоположната страна на  фокалния редуктор.

      

    В предната фокална равнина могат да се поставят 6 фокални бленди за РК-фокуса, оптическа тест-плака (мира) за фокусиране на камерните обективи. РК-модулът съдържа и един блок за осветяване с континуумни и спектрални лампи за калибровъчни цели и една офсетна система за гидиране, която може да бъде премествана със стъпкови двигатели за следене на подвижни небесни обекти.


    Колиматорът е завинтен към РК-модула. Долната част на колиматора може да бъде премествана нагоре или надолу (ляво-дясно на фиг. 1). По този начин се скъсява или удължава паралелния сноп и се постига оптимално осветяване на полето за всяко приложение. На изхода на колиматорната част, чрез ‘лястовичи опашки’ са закрепени двете камери, за синия и за червения канал.

 

Таблица 1: Основни параметри на оптическата система

           

Колиматор f = 400 mm,  изходна зеница  (pupil) 50 mm.
  Отразява             пропуска Отразява         пропуска
Цветоделители λ < 390 nm                      425 nm < λ λ < 445 nm     490 nm < λ
(дадени са по два λ < 500 nm                      570 nm < λ λ < 520 nm     580 nm < λ
делителя на ред) 500 nm < λ < 670 nm      800 nm < λ всички λ (огледало)
  Син канал Червен канал
Oбективи (f=140 мм) 355 nm < λ < 510 nm 590 nm < λ < 1000 nm
CCDs: Камерата Photometrics на НАО, 1024 × 1024  pixel синьочувствителна,
512 × 512 pixel
Размер на пиксела 0.024 mm (0.89 arcsec, на небето) 0.024 mm (0.89 arcsec)
Поле, на небето 15.2 ×15.2 arcmin (но отсечено до7.6 × 7.6 arcmin, когато се постави фокалната маска)   7.6 × 7.6 arcmin
Полe при поляриметрия 1.0 × 1.0 arcmin 1.0 × 1.0 arcmin

 

        В червения канал се намира един инфрачервен обектив (постоянно положение на фокуса в диапазона 590 – 1080 нм) и една CCD камера ‘Versarray’,  512 × 512 пиксела, с размер на пиксела 24 × 24 микрона. Обективът дава възможност за кадри във V-диапазона (430 – 630 нм) след леко префокусиране. В синия канал е разположен един UV-обектив (постоянно положение на фокуса в диапазона 350-500 нм). Като детектор тук е предвидена CCD камерата на ИА, Photometrics. Към редуктора принадлежи един затвор, необходим за работата на тази камера със UV-обектива. Таблица 1 описва параметрите на оптическата система. 

       В таблица 2 са описани наличните интерферометри на Фабри-Перо (ФПИ). Двата управляеми интерферометъра на Фабри-Перо се настройват от електронния блок CS100, който получава команди през RS-порта на компютър. Необходимата за тази цел програма (visuell C++) се предоставя. Двата управляеми интерферометъра на

Фабри-Перо работят в режим на настройваем филтър и осветяват значителна част от полето монохроматично. Но зависимостта на пропуснатата дължина на вълната от положението на обекта върху полето трябва непременно да бъде отчетена. ФПИ с фиксиран въздушен процеп и двата ФПИ, изработени от кварцово стъкло, формират пръстени на Фабри-Перо.

 

 

Таблица 2: Интерферометри на Фабри-Перо

 

Име

вид

спектрален

референтна дължина

свободен спектрален

Монтиран

 

 

диапазон, λ, нм

на вълната , λ, нм

диапазон,

λ, нм

 

Queensgate визуален

управляем

410 – 700

627

5.8

Пред цветоделителя

Queensgate син

управляем

355 – 510

374.7

4.3

Пред цветоделителя

CSIRO визуален

Фиксирано въздушно разстояние

410 – 700

620

0.21

Пред цветоделителя

CSIRO червен

Топен кварц

450 – 700

615

0.26

Във филтърно чекмедже, червен канал

CSIRO

син

Топен кварц

350 – 530

400

0.17

Във филтърно чекмедже, син канал

 

 

                                                            Наличните гризми са описани в таблица 3.

 

Таблица 3: Решетки с призма (гризми)

 

Линии/мм

Дължина на вълната

Разделителна способност

Диапазон

 

на право преминаване , нм

нм на 2 пиксела

нм

600

392

0.64

355 - 460
 300
 530
 1.03
 480 - 750

 

 

Наличните филтри са описани в таблица 4. Всички филтри са монтирани в специално изработени рамки с дръжки и се поставят ръчно във паралелния ход на лъчите. Филтрите могат да се изваждат от рамките само в изключителни случаи. Филтрите с размер 60 мм (с изключение на филтъра IF953) са предвидени за използване в синия канал. В синия канал има място за един филтър с диаметър 60 мм и за един - 80 мм. Използването на призмата заема и двете места. Един допълнителен филтър с диаметър 60 мм може да бъде поставен в отделна рамка. За целта този филтър трябва да бъде изваден от неговата нормална рамка. Това може да се прави само в изключителни случаи. Филтрите в червения канал имат обикновено диаметър 80 мм. Тъй като изходната апертура има диаметър само 50 мм, по принцип могат да се използват и филтри с по-малки диаметри. При изработването на рамки трябва да се има предвид, че поради своята дебелина цветоделителят измеества паралелния сноп в червения канал с 3.4 ± 0.7 мм навън.

 

 

 

Таблица 4: Филтри

Име

λ0a

нм

τmaxb

 

FWHMc

нм

FWTMd

нм

λleake                  τmax f

(τ > 0.001) нм

Dg

мм

+ допълнителен

блокиращ филтър

Широкоивични филтри

DUG11

338

0.832

75

93

 

60

 

DUG12

338

0.828

75

92

 

80

 

BG24/39

(<350)-458

0.753

 

 

 

80

 

BG39/2

472

0.928

235

 

 

80

 

BG39/2

472

0.928

235

 

 

60

 

I

797

0.964

153

180

 

80

 

Gunn Z

821-(>900)

0.969

 

 

 

80

 

HalleUV

390

0.783

103

146

 

80

 

RX

694

0.950

79

101

 

80

 

Тесноивични филтри

IF358

358.1

0.751

11.4

16.1

673 – (>900);    0.32

80

+DUG

IF369

369.3

0.586

9.8

14.0

673 – (>900);    0.28

80

+HalleUV

IF390

389.4

0.672

10.5

15.3

655 – (>900);    0.56

80

+BG39/2

IF404

403.5

0.678

9.8

13.9

696 – (>900);  0.017

80

+BG39/2

IF425

424.2

0.593

6.4

8.9

695 – (>900);  0.017

80

+BG39/2

IF501

500.2

0.701

4.1

9.2

 

80

 

IF510

509.4

0.734

4.4

6.4

 

80

 

IF526

525.8

0.843

4.8

22.2

 

80

 

IF590

589.4

0.591

2.5

3.5

 

80

 

IF614

614.9

0.797

3.2

5.7

734-766         0.029

80

+LC660

IF620

619.5

0.678

3.7

5.9

799-801         0.002

80

 

IF631

630.8

0.796

3.1

4.4

 

80

 

IF642

641.6

0.580

2.6

3.8

 

80

 

IF658

657.2

0.867

3.2

6.0

 

80

 

IF662

662.1

0.881

5.9

8.9

 

80

 

IF667

666.2

0.910

5.5

8.2

 

80

 

IF672

671.9

0.833

3.3

6.1

 

80

 

IF713

711.3

0.901

6.8

17.0

 

80

 

IF853

850.0

0.917

33.0

51.4

 

80

 

IF890

876.3 - (>900)

0.988

 

 

 

80

 

IF953

953.7

0.65

1.0

 

832-834           0.004

60h

 

IF360

359.7

0.750

3.0

4.1

420-(>900)       0.92

60

+DUG

IF368

367.3

0.773

2.5

3.4

430-(>900)       0.92

60

+DUG

 

 

 

 

 

510 - 521        0.004

 

 

 

 

 

 

 

582-(>900)       0.86

 

 

IF373

373.1

0.395

3.2

6.3

672-(>900)       0.42

60

+HalleUV

 

 

 

 

 

429 – 432       0.001

 

утечката остава

IF407

406.8

0.498

2.3

6.2

690-(>900)       0.85

60

+BG39/2

IF426

425.3

0.683

3.2

5.9

695-(>900)       0.82

60

+BG39/2

IF443

442.6

0.600

3.6

11.4

 

60

 

 

a централна дължина на вълната

b максимум на пропускането

c пълна ширина при половината  максимум

d пълна ширина при 1/1000  максимум

e диапазон на нежеланото пропускане

f максимум на нежеланото пропускане

g диаметър на филтъра

h филтърът пасва само в червения канал

 

 

За използването на фокалния редуктор като поляриметър за изображения е предвидена една комбинация от призми  на Воластон, която се монтира пред цветоделителя. Комбинацията от призми на Воластон разделя изходната апертура на две половини. Съответно, всяка от тях се състои също от две половини, едната от които разделя падащата светлина в посоки  на поляризацията  0о и 90о , а  другата – в посоки на поляризацията 45о и -45о. Пълните ъгли на отклонение за двете половини на Воластона са 2о при 546 нм. Спектралният диапазон, в който работи поляриметърът е ограничен преди всичко от ефективността на просветляването (<0.5 % в диапазона 430 – 750 нм). Към поляриметъра принадлежи една бленда от черно стъкло 5 ×5 мм, която се поставя във РК-фокалната равнина. С тази бленда върху  CCD-то се формират четири отделни образа за посоките на поляризация  0о, 90о, 45о и -45о, всеки с поле 60 ъглови секунди. Към комбинацията Воластони принадлежат четири поляризатора от поляризационно фолио за поляризационните направления 0о и 90о,  45о и -45о, които чрез байонет могат да се монтират към комбинацията от Воластони по време на получаване на плоските полета.

 

Електрониката, твърдо закрепена посредством адаптерни стойки към РК-модула се състои от:

  1.       Управление на стъпковите двигатели на офсетния гид,
  2.       CS100 – управляваща електроника на настройваемия интерферометър на Фабри-Перо,
  3.       Паралелно-сериен преобразовател за управление на CS100 през сериен порт RS232,
  4.       Управляваща електроника за камерата Versarray,
  5.       Управляваща електроника за камерата Photometrics, предоставена от ИА
  6.       Трансформатор за осигуряване на ниски напрежения за осветлението на кръста на офсетния гид и за блока за  oсветяване с  континуумна светлина
  7.       2 захранващи прибора (високо напрежение) за спектралните лампи.
    8.  

      Към двуканалния фокален редуктор принадлежи една вакуумна инсталация, състояща се от ротационно-бутална и турбомолекулярна помпи, измервателни прибори за форвакуума и за високия вакуум и два защитни клапана.

 

       Всеки от двата канала на двуканалния фокален редуктор се управлява от отделен компютър. Двата компютъра са част от фокалния редуктор. Тези компютри са свързани директно помежду си. Те получават точно време от автономен  GPS приемник. Всеки от двата компютера позволява архивиране на данните върху CD-ROM.  За гарантиране  на  работата  на тези компютри като системи  за  обслужване  на наблюдателния процес, инсталираните на тях  програмни програмни продукти са сведени до разумния минимум. По същата причина не се предвижда тяхното свързване към Интернет.
        Синият канал се обслужва от камерата Photometrics.

  
        Червеният канал се обслужва от камера VersArray512B на фирмата Roper Scientific. Управляващата програма за тази камера WinSpec32  може да свалите от тук. Паролата  за нейната  инсталация  може да получите  в  канцеларията  на  Института по Астрономия. Инсталация на програмата  на Вашите компютри ще ви бъде полезна в две отношения. Първо, за предварително запознаване с  обслужването на тази програма  и второ, за  допълване на информация  в хедерите  на изображенията , ако  нещо е пропуснато по време  на  наблюденията.  За експериментиране с програмата може да използвате примерните изображения "Звезди" и "Комета".
WinSpec32 записва изображенията в свой вътрешен формат, *.spe или *.SPE. Превръщането  на тези *.spe файлове във FITS формат се извършва с програмния пакет "spe2fits",  написан на  IDL. В пакета се използват и програми от Астробиблиотеката на IDL. Отделните програми, целият пакет, както и описание за работата с него може да свалите от тук:


s2f.tar.gz          
всичко в пакета                                                                        
spe2fits.pro.gz основната програма
s2fshell.pro.gz
примерен скрипт за трансформиране на много файлове  едновременно
s2f_sort.pro.gz примерен скрипт за трансформиране на много файлове   едновременно,                         подреждайки  ги в хронологична последователност
spe_juld.pro.gz изчислява Юлианска дата във формат използван в този пакет
airmass0.pro.gz изчислява въздушната маса
s2f_users_guide.ps.gz    
инструкция за ползване на пакета

Тази информация е в процес на непрекъснато обновяване. Всякакви бележки, въпроси и предложения са добре дошли и се приемат с благодарност от Таню Бонев, tbonev@astro.bas.bg