¿Son perpendiculares las direcciones de dispersión del prisma y la rejilla en Hubble WFC3 UVIS G280? ¿Podemos llamar a esto un "grism"? ¿Con dispersión cruzada?
UH oh
Prólogo
Sin embargo, el UVIS grism viene con varias peculiaridades que lo hacen difícil de observar y desafiante de analizar.
Desventajas:
- Traza espectral curva
- Múltiples pedidos superpuestos
- Distorsión geométrica
- Rayos cósmicos
- Desafíos JWST
ventajas:
- Amplia cobertura de longitud de onda
- Múltiples órdenes espectrales
- Rendimiento
- Nuevo programa de calibración
Introducción y Antecedentes
Rechazo contra la idea de que el UVIS G280 de la Cámara de Campo Amplio 3 del Telescopio Espacial Hubble tiene su dispersión refractiva cruzada con su dispersión difractiva, y que eso lo descalificaría de ser llamado grisma (a pesar de la evidencia de lo contrario) bajo esta respuesta a ¿Por qué el espacio ? telescopios tienen GRISMS? ¿Por qué una rejilla Y un prisma para dispersión cruzada en espectroscopia sin rendija? me ha llevado a examinar este instrumento aún más de cerca.
La siguiente imagen del rendimiento de grism en órbita de HST/WFC3 (también aquí ) muestra imágenes espectroscópicas sin rendija de una estrella usando cada uno de los tres "grisms" de WFC3.
El de arriba es de UVIS G280 y se diferencia de los otros dos en que es 2D ; cada orden de rejilla se curva "hacia arriba" aparentemente perpendicularmente a la dirección de dispersión principal.
Es esta curvatura la que me llamó la atención y me llevó a publicar la pregunta vinculada.
Un detalle de las primeras órdenes positivas, de la documentación del usuario del telescopio espacial Hubble 9.3.4 Espectroscopia con el WFC3 G280 Grism :
Figura 9.9: Vista ampliada de los órdenes espectrales positivos del G280. La superposición entre los órdenes +1 y +2 se produce para longitudes de onda superiores a unos 400 nm.
Fig. 3.—: Espectro UVIS G280 de WR14. Varios pedidos están etiquetados. Como se muestra aquí, los espectros dispersos están muy curvados en longitudes de onda más bajas (lado derecho del panel (b) y se superponen en longitudes de onda más largas donde se fusionan.
En la luz visible, la dispersión del prisma de vidrio aumenta drásticamente a longitudes de onda más bajas debido a la presencia de una fuerte absorción en el ultravioleta. Es una consecuencia de las relaciones de Kramers-Kronig donde la absorción en el UV se expresa como una serie de polos. Esto lleva a la ecuación de Cauchy como una aproximación conveniente en el visible, lejos de los polos en el UV.
Empezar pregunta
Informe científico del instrumento ST-ECF WFC3 2009-01; Las calibraciones en tierra del grism WFC3/UVIS G280 incluyen la siguiente simulación basada en un polinomio de calibración, ajustado a posiciones medidas de luz monocromática variable, ¡lo cual es muy esclarecedor!
Figura 2: Representación esquemática de trazas en órdenes +8 a -8 derivadas de los pasos del monocromador obtenidos durante TV2. Para cada pedido, los colores visualizan la longitud de onda desde el violeta pálido hasta el verde para longitudes de onda de 200 a 530 nm, respectivamente.
Desde el texto:
La Wide Field Camera 3 (WFC3) está equipada con tres grisms para espectroscopia sin rendija. En el canal UVIS hay un grisma, G280, para el rango de UV cercano a visible (200 - 400 nm). El canal NIR tiene dos grisms (G102 y G141) para las longitudes de onda NIR más cortas (800 - 1150 nm) y más largas (1100-1700 nm).
Los parámetros fundamentales de diseño de un grisma son la desviación del haz incidente por el grisma ( definido por el ángulo del prisma ), la dispersión en los distintos órdenes y la energía en cada orden (definida por la frecuencia y el perfil del surco). Para poder extraer espectros sin rendija de imágenes grismáticas es necesario conocer estos parámetros y su variación con la posición en el campo.
La expresión "ángulo del prisma" podría ser el ángulo de la cuña del prisma, o podría ser la rotación del prisma sobre el eje óptico del prisma; el ángulo entre las direcciones de dispersión difractiva y refractiva.
En la simulación que se muestra en la Figura 2 anterior, el comportamiento de la dispersión de orden 0 nos muestra el comportamiento de la dispersión del prisma refractivo sin ninguna dispersión difractiva, suponiendo que la red se gobierna linealmente.
observe la compresión de la escala del eje x en comparación con el eje y en esta imagen, que distorsiona el ángulo entre las dispersiones difractiva y refractiva. Así es como se ve un poco de esa figura comprimida 10: 1 verticalmente para tener aproximadamente un espacio de píxeles en ambas direcciones:
Dado que el orden 0 no tiene dispersión refractiva, la dirección debe representar únicamente la dirección de dispersión refractiva (línea corta aproximadamente vertical) y la conexión de los extremos de longitud de onda larga de cada orden (línea aproximadamente horizontal) donde la dispersión refractiva es mínima debe representar la dirección de dispersión puramente difractiva .
¡Se ven sustancialmente (aunque no perfectamente) perpendiculares!
Preguntas:
- ¿Son las direcciones de dispersión difractiva y refractiva del UVIS G280 del WFC3 del Hubble cerca de la perpendicular? ¿Podemos llamar a esto "dispersión cruzada"? ¿A pesar de que no es un espectrógrafo Echelle propiamente dicho?
- ¿Es el UVIS G280 de WFC3 de Hubble un gris? Tiene una rejilla y un prisma, pero se dispersan sustancialmente de forma perpendicular. ¿Eso lo descalifica del estado de grims?
Respuestas (1)
pedro erwin
¿Son perpendiculares las direcciones de dispersión del prisma y la rejilla en Hubble WFC3 UVIS G280?
No.
¿Podemos llamar a esto un "grism"?
Seguro. (Todos los que trabajan con él lo hacen).
¿Con dispersión cruzada?
Tal vez , aunque en realidad no está claro si está ocurriendo una dispersión cruzada significativa, y si la hay, no tiene ningún propósito útil.
Todas las discusiones, informes y manuales relacionados con el grisma G280 lo llaman "grisma", y no se menciona nada extraño como que las direcciones del prisma y la rejilla sean perpendiculares. Si lo fueran , las imágenes producidas serían muy diferentes de lo que ves.
La única indicación posible de algo extraño en este grisma, por lo que puedo decir, es que aparentemente era un "repuesto" para un grisma en la cámara de campo ancho original (también conocida como WFC1) de HST . Breves referencias en documentos de la década de 1980 indican que el grisma "G200" de WFC1 era en realidad un grisma (normal) apoyado contra un prisma orientado en una dirección perpendicular. Esto tenía la intención de producir espectros de dispersión cruzada con los dos primeros órdenes de rejilla separados y utilizables para espectroscopia, como se indica en esta figura del Manual de instrumentos de cámara planetaria de campo amplio (1992) :
Tenga en cuenta que, a diferencia de las imágenes de grism G280 que se muestran en su pregunta, los espectros de primer y segundo orden están claramente separados en toda su longitud. (Debido al defecto del espejo, este grisma aparentemente nunca se usó para ninguna observación).
Esto parece ser similar al diseño del grisma GR700XD para el telescopio espacial James Webb , que consiste en un grisma normal (con rejillas y dispersiones de prisma en el mismo plano) montado junto a otro prisma con una orientación perpendicular:
Esto tiene como objetivo separar los primeros tres órdenes espectrales de la red, como se muestra en esta imagen.
Tenga en cuenta que, nuevamente, a diferencia de las imágenes de grism G280, los espectros de primer, segundo y tercer orden están claramente separados en toda su longitud (aunque no por mucho).
Puedo ver dos posibilidades para el grism WFC3 G280:
Es solo la única parte gris del G200 de repuesto, con algunos defectos extraños (o efectos secundarios de estar diseñado para funcionar principalmente en el UV en lugar del IR cercano).
Es el grism G200 completo + prisma perpendicular, aunque por alguna razón el prisma adicional no proporciona la dispersión cruzada adecuada.
Finalmente, señalaré este artículo (Yang & Wang 2018) , que describe un diseño de grisma que coincide con su suposición: una rejilla con su dirección de dispersión perpendicular a la dirección de dispersión del prisma. Esta no es una descripción de un instrumento real; es un análisis puramente hipotético ("¿Qué pasa si instalamos la rejilla perpendicular al prisma? Realizamos algunas simulaciones ópticas para este escenario"). Hay dos cosas a tener en cuenta aquí:
No se menciona ningún grisma del mundo real diseñado y construido de esta manera; es un ejercicio puramente teórico.
La imagen espectral resultante (simulada) se muestra a continuación; muestra los diferentes órdenes de rejillas de difracción muy separados entre sí y no se parece en nada a las imágenes del G280.
Entonces, veamos un par de cosas que parecen confundirte:
- Curvatura de los espectros de primer y orden superior
La curvatura de un espectro de una red casi siempre está presente, aunque en sistemas que se comportan bien puede ser muy pequeña (como en los grismas de infrarrojo cercano de WFC3). Es por eso que siempre hay un paso en la reducción de la espectroscopia donde uno "traza" el espectro de un orden dado, para que uno pueda extraer el espectro completo correctamente. La curvatura en el primer espectro y el de orden superior producido por G280 es bastante extrema, lo que posiblemente indica fallas de diseño o fabricación en el grisma, o compromisos de diseño para trabajar en UV, pero es casi seguro que no tiene nada que ver con "cruce". dispersión".
Hay este comentario en ST-ECF Instrument Science Report WFC3-2005-17 :
... el desplazamiento en la dirección y (en relación con la definición de traza común) visto en longitudes de onda cortas parece ser similar para todos los órdenes cuando se expresa en unidades de píxeles, lo que sugiere una ligera dispersión en la dirección y por la rejilla G280L.
Parecen estar sugiriendo que la rejilla en sí puede tener una dispersión inesperada en la dirección y, además de su dispersión (esperada y obvia) en la dirección x. Una vez más, podemos estar tratando con defectos en el propio grisma.
- "Ángulo de prisma"
La expresión "ángulo del prisma" podría ser el ángulo de la cuña del prisma, o podría ser la rotación del prisma sobre el eje óptico del prisma; el ángulo entre las direcciones de dispersión difractiva y refractiva.
No, el ángulo del prisma es siempre el ángulo entre las caras opuestas del prisma (es decir, la cara por donde entra la luz al prisma y la cara por donde sale). En un prisma triangular clásico, el ángulo es de 60 grados; en un "prisma de ángulo recto", es de 90 grados. Nadie usa el término en el segundo sentido que sugieres.
UH oh
+100¡Dios mío, gracias por "profundizar" y escribir una respuesta tan completa! Como hay tanto aquí, me tomaré un tiempo para digerirlo todo, pero "... sugiriendo una ligera dispersión en la dirección y..." suena más como algo imprevisto que integrado en el diseño.¿Qué es el filtro Hubbles WFC3 "UVIS 47 G200"? ¿Para qué se usa esto? ¿Cómo encontrar un ejemplo?
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UH oh