Filtry interferencyjne - sumator blueshiftów

[stratoglider]

Przez ostatnie parę miesięcy, gdy temat filtrów interferencyjnych został dla mnie otwarty nieco bardziej, poprzez pomiary użytkownika tego forum dobrychemik,

a także poprzez wątek: https://astropolis.pl/topic/73852-blueshift-czyli-jak-z-wroga-zrobić-przyjaciela/ 

chodziło mi po głowie napisanie symulatora, programu, który przedstawi transmisję filtra dla danego obiektywu, czyli rozciągłego miejsca skąd pada światło, a nie tylko z osi filtra.

 

Tydzień temu program został ukończony i przetestowany, teraz przedstawiam wstępne wyniki.

 

O ile wykresy transmisji filtrów ustawionych pod pewnymi kątami są w internecie od dawna, to jednak sposób:

- w jaki zmienia się szerokość transmisji

- w jaki pochylają się zbocza 

- w jaki zmienia się kształt piku filtra, jeśli na osi jest podwójny

w zależności od światłosiły obiektywu i obstrukcji - zobaczymy tutaj po raz pierwszy :-)

 

Dla danego obiektywu, program sprawdza, pod jakimi kątami światło pada na filtr, i jak dużo jest światła dla danego kąta. Dla każdego kąta oblicza blueshift i tworzy osobną minitransmisję, następnie je sumuje i przedstawia wynik końcowy, sumaryczny. Geometria tego zjawiska, dla mnie jest sprawą oczywistą, bez wątpliwości. Natomiast miałem pewne wątpliwości odnośnie wzoru, z którego sam blueshift jest obliczany - podany w wyżej wymienionym wątku, przez użytkownika Marek_N, 13 września. Jest tam współczynnik n_eff, który w zasadzie nie wiadomo ile dokładnie wynosi, a może być w pewnych granicach różny dla różnych filtrów. Jednak miałem asa w rękawie - filtr TV Bandmate Nebustar został zmierzony normalnie, a także pod kątem 12 stopni, miałem więc dwie zmierzone krzywe, na ich podstawie tak dobrałem n_eff, aby po wczytaniu transmisji filtra pod kątem 0, wynik odpowiadał krzywej pod kątem 12 stopni. W ten sposób 'skalibrowałem' program. Fakt, że tylko na jednym filtrze i na jednym kącie, jednak sądzę że i tak bardzo trudno będzie osiągnąć jeszcze lepszej dokładności, a pewnych rzeczy nie przeskoczymy. Sam też nie chciałem popaść w przesadę - na początku chciałem nawet uwzględnić offset z teleskopów newtona, jednak doszedłem do wniosku, że n_eff nie będzie znany z wystarczającą dokładnością, że samo pole widzenia (przecież nie 0 stopni) wprowadzi pewne rozbieżności itp.

 

Dane kalibracyjne i wyniki:

Niebieska krzywa to orygniał filtru TV Bandmate Nebustar - zmierzona

Pomarańczowa krzywa, to ten sam filtr ustawiony pod kątem 12 stopni - zmierzona

Szara krzywa - wygenerowana przez program po wczytaniu krzywej niebieskiej i wykonaniu obliczeń dla: f/90, bez obstrukcji, kąt 12 stopni.

Porównajmy:

 

 

 

 

Jak widać są minimalne różnice. Pierwsza dotyczy transmisji głównej - mój program nie uwzględnia spadku albo wzmocnienia transmisji wynikającej z umieszczenia filtra pod kątem. Nie znam żadnego zjawiska ani teorii, której mógłbym tutaj użyć, aby to symulować. Druga dotyczy różnic widocznych na zoomie 650 ... 700. Sądzę że może to być spowodowane przez sam spektrometr, albo sam filtr hmm (pyłki, para). 

Uważam jednak, że dużo ważniejsze niż <5% różnicy w transmisji są zbocza. Miejsce w których zbocza się znajdują i ich nachylenie. Można ocenić samemu, czy te rzeczy będą symulowane z wystarczającą dokładnością.

 

[stratoglider]

Na początek przedstawię wyniki dla dwóch przypadków: rzeczywistego i teoretycznego. 

Rzeczywisty, to przykład istniejącego filtra i jego zachowania w oczach symulatora - Baader H alfa 7nm

Teoretyczny, to przedstawienie jak program reaguje na 'skok', na 'impuls 0 --> 1 -->0' - jak pochylają się zbocza, dla dwóch szerokości: 20 nm i 2 nm

 

Baader H alfa 7nm i 'skoki':

Niebieskie krzywe - oryginał - zmierzony

Pomarańczowe - obiektyw f/5, bez obstrukcji

Szare - obiektyw f/4, obstrukcja 30%

(czerwona linia to H alfa)

 

A teraz to samo, te same filtry, dla dodatkowo filtra przechylonego o 12 stopni:

 

Bardzo dobrze rozumiem otrzymane krzywe. Da się wyjaśnić 'na chłopski rozum' dlaczego piki mają inne kształty, albo dlaczego szerokości u góry są inne niż na dole. Gdyby ktoś uznał że to ważne, dajce znać, postaram się to opisać.

 

Chętnie wykonam takie symulacje dla tych, którzy są ciekawi transmisji swoich filtrów w swoich obiektywach. Będę potrzebować f/?, obstrukcję %, (ewentualnie kąt przechylenia filtra).

Oczywiście będę też potrzebował danych raw krzywej transmisji filtra na osi. 

Edytowane 4 Listopada 2020 przez stratoglider

[dobrychemik]

Część osób, którym mierzyłem widma ma już je w wersji cyfrowej. Reszta pewnie zaraz się po nie zgłosi

 

Dobra robota Lechu! Podoba mi się takie podejście do tematu.

 

[stratoglider]

Filtr Astronomik CLS (mój egzemplarz)

 

Zielonymi pionowymi liniami zaznaczyłem 'linie mgławicowe', czyli te, które powinny być przepuszczone. Nie zaznaczałem wszystkich, a tylko te skrajne, od-do.

Czerwonymi pionowymi liniami zaznaczyłem 'linie light pollution' od lamp rtęciowych i sodowych, które powinny być zablokowane. Też nie zaznaczałem wszystkich a tylko te skrajne, od-do.

 

Górny wykres przedstawia:

Na niebiesko - oryginał, mierzony na osi.

Na pomarańczowo - f/5.0, bez obstrukcji.

Na szaro - f/4.0, obstrukcja 30%.

 

Dolny wykres przedstawia: (filtr ten ma zastosowanie głównie w astrofotografii, a tam zdarzają się jeszcze większe światłosiły)

Na niebiesko - oryginał

Na pomarańczowo - f/2.8, bez obstrukcji.

Na szaro - f/2.0, bez obstrukcji.

 

Jak widać filtr radzi sobie znakomicie nawet z mega szerokim stożkiem światła z f/2.0. Po części wynika to z faktu, że jego pasma przenoszenia są dość szerokie i żadna z linii emisyjnych nie łapie się 'na styk'. 

 

[dobrychemik]

Niemal wszystkie UHC i CLS mają bezpieczny zapas "mocy", by nie bać się "blueshifta". Problem pojawia się dopiero w filtrach wąskopasmowych i dwuzakresowych typu L-eNhance i L-eXtreme. Podejrzewam, że sporo osób może nawet nie być świadomymi jak duży procent światła w ich teleskopach/obiektywach marnuje się z powodu nieodpowiednio dobranego filtra (model, egzemplarz).

Edytowane 10 Listopada 2020 przez dobrychemik

[stratoglider]

Filtr Orion Ultrablock (mój egzemplarz)

 

Pionowe zielone linie - H beta i O III

 

Górny wykres:

Na niebiesko - oryginał, mierzony na osi.

Na pomarańczowo - f/7.5, bez obstrukcji.

Na szaro - f/5.0, bez obstrukcji.

 

Dolny wykres:

Na niebiesko - oryginał, mierzony na osi.

Na pomarańczowo - f/6.0, obstrukca 20%.

Na szaro - f/4.0, obstrukcja 40%.

 

 

 

W tym konkretnym przypadku, wrażliwość linii H beta (486.1 nm) na rodzaj obiektywu jest bardzo duża, gdyż znajduje się na krótkofalowym zboczu filtra - łapie się 'na styk'. Jej transmisja zmierzona na osi wynosi 79 %, symulacje przewidują jej wzrost wraz ze wzrostem jasności obiektywu i ze wzrostem obstrukji - do 90 % w przypadku f/4.0 z obstr 40%. 

Edytowane 19 Listopada 2020 przez stratoglider

[dobrychemik]

@stratoglider Podeślę Ci widma filtrów Astronomika HSO przewidzianych do f/2 oraz IDAS LPS-D2. Ciekaw jestem co z nimi zrobi Twój program dla RASA f/2.

 

@kubaman Możesz podesłać dokładne dane o średnicy czynnej i obstrukcji Twojej tuby koledze @stratoglider?

[stratoglider]

Śmiało ślijcie, od razu.

Jest duża szansa że w tym tygodniu będą wyniki :-)

[dobrychemik]

Teraz, stratoglider napisał:

Śmiało ślijcie, od razu.

Jest duża szansa że w tym tygodniu będą wyniki :-)

 

Mówię Ci, zainwestuj w szybszy komputer! 

[kubaman]

lustro fi279mm, obstrukcja fi112mm

[stratoglider]

oo fi 279 ?

czyli to będzie f/2.2 a nie f/2.0, prawda ?

[dobrychemik]

@kubaman No właśnie, jeszcze ogniskowa jest potrzebna

 

[kubaman]

F2.2 ogniskowa 620mm

[stratoglider]

Astronomik H alfa CCD 12 nm

 

Na niebiesko - oryginał (zmierzony filtr)

Na pomarańczowo - w f/4.0, obstr 40 %

Na szaro - w RASA 11" (D 279 mm, Obstr 112 mm (=40 %) F 620 mm (=f/2.2)

 

 

70 % transmisji H alfa dla filtru 12 nm w f/2.2 - idealnie nie jest, ale jest naprawdę nieźle. 

(Stożek światła jest tutaj naprawdę szeroki. Sama obstrukcja jest porównywalna z obiektywem f/5.5 ! Wg logów, program sumował blueshifty dla kątów odchylenia 5.4 ... 12.8 stopnia, aby pokryć obiektyw RASA 11")

 

DALSZA ANALIZA:

f/4.0 łapie się jeszcze na płaski szczyt z lekkim zapasem, lecz f/2.2 już jest do tego egzemplarza troszkę za szeroki i H alfa jest na zboczu. Wyprzedziłem więc pytanie i sprawdziłem jak wyjdzie transmisja, jeśli RASA 11 zostanie lekko przymknięta diafragmą:

 

Na niebiesko - oryginał (zmierzony filtr)

Na pomarańczowo - RASA 11 z diafragmą 240 mm (D 240 mm, Obstr 112 mm (=46.7 %), f/2.6)

Na szaro -                 RASA 11 z diafragmą 224 mm (D 224 mm, Obstr 112 mm (=50.0 %), f/2.8)

 

 

Przymknięcie do D 240 mm, spowoduje ogólny spadek jasności do poziomu 70% ("czyli o 30 %) w porównaniu do pełnej apertury. Jednocześnie transmisjia filtra wzrośnie z 70 do 90 % ("czyli o prawie 30 %"), więc całkowita ilość światła z H alfa w zasadzie się nie zmieni. Czyli taka diafragma ściemni samo tło (resztę spoza H alfa), powinien wzrosnąć kontrast o prawie 30 %.

 

Przymknięcie do D 224 mm, spowoduje ogólny spadek jasności do poziomu 58 %, co jest już niewspółmierne do wzrostu transmisji w H alfa, więc napewno mija się z celem.

Edytowane 16 Grudnia 2020 przez stratoglider

[stratoglider]

Astronomik OIII CCD 12 nm

 

(zielone pionowe linie to OIII)

Na niebiesko - oryginał (zmierzony filtr)

Na pomarańczowo - w f/4.0, obstr 40 %

Na szaro - w RASA 11" ( D 279 mm, obstr 112 mm (=40 %), F 620 mm (=f/2.2) )

 

[dobrychemik]

Lechu, myślę że bardzo poglądowe byłyby jeszcze widma tylko dla brzegowych obszarów teleskopu, powiedzmy ostatnie 10% promienia. Czy ten fragment lustra daje jeszcze wkład do transmisji docelowych pasm? Czyli trzeba by zadać obstrukcję stanowiącą 90%. Z powyższych symulacji wychodzi, że w przypadku tych filtrów już raczej nie.

Edytowane 17 Grudnia 2020 przez dobrychemik

[kubaman]

Czyli powinienem sobie kupić nowy filtr Ha?

Bo z tego co rozumiem - a nie jestem tego pewien, O3 spisuje się całkiem przyzwoicie.

[dobrychemik]

Poczekaj, o ile wiem, to model matematyczny był kalibrowany na jednym, wyraźnie innym filtrze. W tym momencie jest to mocna wskazówka, że filtr może nie być idealny dla RASy. Gdybym zrobił pomiary tych filtrów pod zadanym kątem i @stratogliderwykorzystał je w swoim modelu, to wtedy mielibyśmy już pewność. @Marek_Nsugerował, że "blueshift" może mieć różne natężenie w różnych filtrach w zależności od rodzaju napylanych powłok.

[stratoglider]

Astronomik S II CCD 12 nm

 

(czerwone pionowe linie to S II)

Na niebiesko - oryginał (zmierzony filtr)

Na pomarańczowo - w f/4.0, obstr 40 %

Na szaro - w RASA 11" ( D 279 mm, obstr 112 mm (=40 %), F 620 mm (=f/2.2) )

 

 

W f/2.2 z 40 % obstr, transmisja wychodzi: 54 % i 69 %. Szału ni ma ... Powtórzyłem więc symulacje dla diafragm, takich jak 2 moje posty wyżej, w przypadku H alfa. Wnioski są takie same.

 

Na niebiesko - oryginał (zmierzony filtr)

Na pomarańczowo - RASA 11 z diafragmą 240 mm (D 240 mm, Obstr 112 mm (=46.7 %), f/2.6)

Na szaro -                 RASA 11 z diafragmą 224 mm (D 224 mm, Obstr 112 mm (=50.0 %), f/2.8)

 

[dobrychemik]

Czyli kilka ostatnich centymetrów lustra jest ślepych na siarkę i wodór i służą głównie wzmocnieniu gwiazd i obniżeniu kontrastu

 

Kuba, możesz to łatwo zweryfikować eksperymentalnie. Zrób sobie z czarnego kartonu przysłonę na 90% średnicy Rasy, zostawiając tylko zewnętrzny pierścień. Tak przymknięty teleskop w połączeniu np. z powyższym filtrem wodorowym powinien być ślepy na wodór.

Edytowane 18 Grudnia 2020 przez dobrychemik

[stratoglider]

W dniu 17.12.2020 o 13:50, dobrychemik napisał:

bardzo poglądowe byłyby jeszcze widma tylko dla brzegowych obszarów teleskopu, powiedzmy ostatnie 10% promienia. Czy ten fragment lustra daje jeszcze wkład do transmisji docelowych pasm? Czyli trzeba by zadać obstrukcję stanowiącą 90%. Z powyższych symulacji wychodzi, że w przypadku tych filtrów już raczej nie.

... Czyli kilka ostatnich centymetrów lustra jest ślepych na siarkę i wodór i służą głównie wzmocnieniu gwiazd i obniżeniu kontrastu 

 

Jest dokładnie tak jak piszesz i to miałem na myśli pisząc w przypadku H alfa, że diafragma 240 mm "ściemni samo tło (resztę spoza H alfa), powinien wzrosnąć kontrast o prawie 30 %."

 

Na niebiesko - powyższy S II,oryginał (zmierzony filtr)

Na pomarańczowo - f/2.2 z obstrukcją 90 % - czyli ostatnia strefa obiektywu. 

 

 

Kształt otrzymanej krzywej, to w zasadzie sam jeden zwykły blueshift, gdyż zakres kątów jest bardzo mały, jest tylko wąski pierścień zamiast całego obiektywu.

[kubaman]

Czegoś tu nie rozumiem. Skoro brzeg lustra daje takie kąty promieni, że ten filtr ich nie łapie, to sad wniosek, że po "domknięciu" cokolwiek się poprawi?

 

I pytanie - jak powinien dokładnie wyglądać wykres optymalnego filtra dla np. wodoru dla RASA 11"?

[dobrychemik]

Na przykladzie filtra wodorowego:

 

Światło pochodzące z brzegu lustra padając na filtr ulega innemu przepuszczaniu niż normalnie - tzn. H alfa jest już blokowane, ale przechodzą fale krótsze nie pochodzące od mgławicy ale np. od LP.

Edytowane 19 Grudnia 2020 przez dobrychemik

[kubaman]

To rozumiem, ale nie rozumiem zaproponowanej logiki domykania. 

 

Dajcie proszę jakąś podpowiedź jak taki filtr powinien się zachowywać. Zakładam, że powinien mieć przesunięte pasmo z pierwotnej długości fali w lewo. O ile? Załóżmy filtr 3nm. Czy przy takich kątach padania promieni jak w RASA11 jest to w ogóle możliwe by całe lustro skutecznie zasilało sygnał NB? 

[dobrychemik]

Podejrzewam, że przy filtrze 3nm może być trudno o uzyskanie maksymalnej transmisji z całej powierzchni filtra. A już na pewno taki dopasowany filtr będzie nieskuteczny w teleskopie o małej światłosile. 

Muszę sobie zrobić też takie narzędzie jak ma @stratoglider Bardzo ciekawa tematyka. Widać, że warto świadomie dobrierać filtry do konkretnej tuby. 

 

No i jeszcze jedna ważna uwaga: wszystkie powyższe rozważania dotyczą promieni tworzących obraz w centrum kadru. Im dalej od centrum, tym sytuacja jest gorsza, bo kąty padania światła na filtr jeszcze rosną.

Edytowane 20 Grudnia 2020 przez dobrychemik