english version

Двухлучевой транзиент-спектрограф TDS

Оптический двухлучевой спектрограф низкого и среднего разрешения TDS – это штатный прибор 2.5-м телескопа, предназначенный для классификации и спектрального мониторинга сверхновых звёзд и других транзиентов, нестационарных объектов и галактик в оптическом диапазоне от 0.36 до 0.72мкм со спектральной разрешающей силой R до 3000. Представляет собой линзовый классический щелевой инструмент "гнутой" системы с дисперсорам – голографическими решётками с объёмной фазовой решёткой (Volume-phase holographic grating). Повышение эффективности достигается разделением света на синий и красный каналы при помощи дихроичного делителя, в которых используются оптимизированные под рабочие диапазоны дисперсоры, камерные объективы и ПЗС-камеры формата 512х2048 пикселей. В качестве приёмников выбраны камеры Andor Newton 940P с ПЗС E2V CCD42-10 версий BU и BV, определяющих оптимизацию противоотражающего покрытия приёмника и окна криостата для синего и красного каналов, соответственно.

Спектрограф имеет дистанционно устанавливаемые (сменные) щели для оптимизации соотношения пропускание/разрешение в зависимости от задачи и текущего качества изображения, а также возможность быстрого выбора дисперсии в синем канале, позволяющего получать полное покрытие синей части (0.35–0.56мкм, режим "B") или повышенную дисперсию в зелёной части спектра (0.46–0.55мкм, режим "G"). Для универсальности и возможности наблюдать с повышенной дисперсией в районе Halpha, дисперсор красного канала (0.56–0.74мкм, канал "R") также устанавливается на турель для возможности альтернативных режимов и в красной полосе. Равные углы отклонения в одном канале достигаются компенсирующими призмами (типа "гризмы"), наклеенными на решётку повышенной дисперсии (в синем канале – режим "G").

Обе ПЗС-камеры имеют охлаждение Пельтье до -80..-100гр.Ц, что достигается воздушным обдувом и/или жидкостным охлаждением теплообменника Пельтье при помощи чиллера. Управление прибором и камерами идёт из ПО под ОС Linux, с использованием SDK производителя и оптоволоконного USB-удлинителя. Управляющий компьютер расположен в серверной комнате башни.

Спектрограф позиционирован как штатный прибор, оптимизированный для максимальной эффективности и дежурного режима работы на телескопе. Устанавливается в фокусе Кассегрена в окне блока фильтров и затвора (FSU) широкоформатной штатной ПЗС-камеры; свет на щель перебрасывается вводимым внутри FSU зеркалом. Предусмотрен и калибровочный блок на основе интегрирующей сферы и соответствующего зеркала для переброса света от источников непрерывного и линейчатого спектра на щель, а также возможность щелевого ПЗС-подсмотра.

Полное описание проекта спектрографа включает постановку задачи и выбор оптимальных схемы и параметров спектрографа.

Новости

Первый свет спектрографа

05 ноября 2018 года

В начале ноября спектрограф был перевезён в КГО ГАИШ, собран и отъюстирован в оптической лаборатории. Использовался только красный канал инструмента. Затем спектрограф бфл установлен на оптическом столе в фокусе Нэсмит-2 2.5-метрового телескопа и с ним были получены первые спектры ярких звёзд, ночного неба, туманности Ориона недалеко от Трапеции, в дневное время - Солнца . При этом была произведена доюстировка по эмиссионным линиям с целью получить симметричные профили линий туманности. По спектрофотометрическому стандарту была восстановлена кривая пропускания прибора в относительных единицах. Полное пропускание прибора составляет не менее 40 процентов, но измерить эффективность всего оптического тракта не представилось возможным из-за погодных условий. По окончании работ спектрограф был демонтирован и отвезён обратно в Москву, где к этому моменту заканчивались работы по финишной обработке линз объектива синего канала (перенанесение противоотражающего покрытия).

Испытания дихроичного делителя каналов

26 сентября 2018 года

Закончена работа по изготовлению дихроика для деления каналов спектрографа. Разработка конструкции покрытия и реализация на предоставленных ГАИШ подложках была сделана ООО "Технион". Испытания были проведены в лаборатории изготовителя на монохроматоре Photon-RT. Среднее пропускание в красном канале составило 95%, средний коэффициент отражения в коротковолновом ("синем") канале под рабочим углом 35 градусов – 98.5%. Длина волны перехода – 572 нм. Самым критическим для синего канала оказалось отражение в районе бальмеровского скачка (350–365нм), составившее на lambda=350–355 нм примерно 83%, но выходящее на уровень >97% к 360нм. В красном канале снижено пропускание в районе от 580 до 600 нм, что должно частично скомпенсироваться квантовым выходом приёмника с покрытием типа BV, достигающим максимума именно в этом диапазоне. Результаты анализа в части выполнения технического задания даны здесь.

Корпус спектрографа

10 июля 2018 года

В мастерских НИИЯФ и ГАИШ изготовлены главные корпусные детали спектрографа. На снимке видны посадочные фланцы синего и красного каналов спектрографа (в последнем виден кабель подключения установленного в нём затвора ПЗС-камеры) и облегчённые боковая и верхняя крышки прибора, изготовленные из алюминиевого сплава АМГ6. Основная несущая (нижняя) плита имеет толщину 29 мм и облегчена более чем на 50%. Крышка толщиной 11 мм является уменьшенной по высоте копией основания и придаёт оптико-механическому конструктиву дополнительную жёсткость. Следующим этапом является сборка оптической системы в новом корпусе и проведение первых испытаний на качество изображений (юстировку) и его зависимость от изменений условий работы (стабильность по отношению к ориентации и дрейфу температуры окружающей среды).

Подложки дихроичного делителя каналов

16 марта 2018 года

Прибыли для приёмочной инспекции стеклянные подложки для дихроичного делителя каналов спектрографа. Подложки изготовлены из оптического стекла марки K8 и имеют размеры 65х90х10 мм . На фотографии показана одна из подложек, помещённая на поверхность поверочной (эталонной) плоскости для изучения интерференционных полос в свете люминесцентной лампы. Рабочая (зеркальная) сторона, отражающая свет в "синий" канал, имеет относительно высокие требования к качеству поверхности (отклонение от плоскости не выше lambda/2; спектрограф работает достаточно далеко от дифракционного предела), нерабочая - послабее (так как работает в режиме пропускания и те же искажения механической формы поверхности порождают вшестеро меньшие отклонения фазы световой волны).

Затворно-юстировочный блок ПЗС-камер

28 февраля 2018 года

Поступили затворы марки ACC-SHT-NS25B для ПЗС-камер спектрографа, укомплектованные драйверами ED12DSS . Для установки этих затворов и 4-координатной юстировки приёмников разработан специальный интерфейс - регулировочный посадочный узел, состоящий из двух деталей, скользящих относительно друг друга по сферической поверхности с центром кривизны, совпадающим с центром поля зрения ПЗС-матрицы. Обе круглые детали снабжены винтами тонкой подвижки - верхняя (к которой крепится сама камера) для регулировки наклонов, а нижняя (привинчиваемая к корпусу спектрографа) для регулировки смещения. На фотографии показана пробная установка затвора и камеры на регулировочный посадочный узел.

Характеризация ПЗС-камеры красного канала.

08 февраля 2018 года

Камера Andor Newton 940P-BV с серийным номером CCD-21492 была закуплена по Программе развития МГУ и получена в ГАИШ 2 февраля 2018г. 2 и 6 февраля в оптической лаборатории проведены испытания работы камеры и получены первые оценки её характеристик . По шумам считывания (3.8e), косметическому качеству детектора, уровню неоднородности чувствительности и пределам нелинейности и заполнения ячеек детектор оказался в соответствии с паспортными характеристиками и спецификацией (с поправкой на ошибку в паспорте в указании RON в [ADU], а не в [e]). Теперь у спектрографа есть обе рабочие камеры.

Первые спектры калибровочных ламп

7 декабря 2017 года

В оптической лаборатории ГАИШ проведена предварительная юстировка оптической схемы красного канала спектрографа с использованием дифракционной решётки 1200lpmm@656nm спектрографа (режим R), получены спектры неоновой лампы. Предварительная оценка уровня рассеянного в крылья линий света – менее 1%. Ширина изображения 0.7" щели в области 700нм - 0.7", в области 580нм - 1.0", что свидетельствует о необходимости продолжать юстровку, однако уже укладывается в спецификацию.

Первые оценки качества изображений без дисперсии.

1 декабря 2017 года

1. Осветитель (лазер 632нм или лампа с фильтром Bessel R, с линзовым перебросом и рассеивателем)

2. Щель (50, 70, 100, 150мкм; выполнена лазером в листовой нержавейке 100мкм)

3. Коллиматор в штатной оправе

4. Диафрагма зрачка d37мм (вместо VPH-решётки)

5. Камерный объектив "красного" канала в штатной оправе

6. Лабораторная камера VA1300B (пиксель 20мкм)

Характеризация ПЗС-камеры синего канала.

23 ноября 2017 года

Камера Andor Newton 940P-BU с серийным номером CCD-21061 была закуплена по гранту РНФ 17-12-01241 и получена в ГАИШ в ноябре. В оптической лаборатории проведены испытания работы камеры и получены первые оценки её характеристик . По шумам считывания (3.1e), косметическому качеству детектора, уровню неоднородности чувствительности и пределам нелинейности и заполнения ячеек детектор оказался в соответствии с паспортными характеристиками и спецификацией.

Оптимизирована схема синего канала

4 сентября 2017 года

Для объектива "синего" канала спектрографа, после нескольких пробных вариантов, была выбрана оптическая схема, аналогичная красному каналу. Она включает 5 линз в 3 группах, имеющих умеренные кривизны. В целом удаётся добиться качества изображения с EE80 в пределах 1 пиксела в диапазоне от 0.36 до 0.56мкм.

Проверены линзы коллиматора и камеры красного канала

1 августа 2017 года

Полученные от фирмы "Энергия-УФ" оптические элементы коллиматора и объектива (рабочий и лабораторный комплекты) проверены на соответствие критериям качества, отсутствие царапин и повреждений противоотражающего покрытия и признаны годными для сборки.

Получены дисперсоры красного и синего каналов

1 июня 2017 года

Прибыли заказанные в фирме Wasatch Photonics голографические решётки d50мм: R 1200l/mm @656nm, B 900l/mm @460nm и G 1800l/mm @505nm . "Синий" и "зелёный" дисперсоры – заказные, красный – стандартный.

Расчёт дихроика-делителя каналов

15 марта 2017 года

Для спектрографа TDS фирмой Asahi Spectra был рассчитан дихроичный делитель с беспрецедентной эффективностью (потери менее 3%) и гладкостью расчётных кривых. Оптимальный размер дихроика 100х70мм (пучок 54x76мм). Идёт поиск альтернативных поставщиков, способных представить нечто хотя бы не сильно хуже этих характеристик.

Изготовление оптики красного канала

1 февраля 2017 года

Фирмой "Энергия-УФ" (СПб) начато изготовление комплектов просветлённой оптики коллиматора и объектива красного канала

Материал для оптики красного канала

1 декабря 2016 года

Прибыл заказанный в Санкт-Петербурге комплект заготовок для оптики спектрографа (коллиматор и камера красного канала), начата работа по проверке фактических характеристик материала и дооптимизации схемы красного канала

Работы по изготовлению спекрографа TDS поддержаны грантами РНФ 16-12-10519 (изготовление и тестирование оптики "красного" канала и основного конструктива аппарата), РНФ 17-12-01241 (изготовление и тестирование "синего" канала) и Программой развития МГУ.