Eichung der Wellenlängeneinstellung

Ich setze im folgenden einen Spektrographen mit drehbarem Gitter voraus.

Durch Änderung des Anstellwinkels des Gitters zur optischen Achse des Kollimators ist der abgebildete Wellenlängenbereich einstellbar. Der Anstellwinkel muß für Sie kontrollierbar einstellbar sein. Im einfachsten Fall mit einem langen Zeiger auf der Drehachse und einer beliebigen kreisbogenförmigen Winkelskala, wie ich es bei meiner "Mäusevilla" realisert hatte. Komfortabler und stabiler gelingt das mit einer Mikrometerschraube, die über eine geeignete Mechanik das Gitter feinfühlig und reproduzierbar dreht (z.B. im LHIRES III verwirklicht).

Die Eichung erfolgt mit einer Kalibrierlampe. Die in Amateurkreisen übliche Neon-Glimmlampe kostet nur wenige Cent, wird mit 230 V betrieben und strahlt ein schwaches orange-rotes Licht aus. Diese Lampen kennen Sie z.B. aus den alten 230V-Spannungsprüfern (Schraubenzieher mit einem Neonlämpchen im Griff).

Links nebenan ein Neonspektrum, das mir mein Spektroskopiefreund Dr. Norbert Reinecke zu Beginn meiner "Spektroskopikerkarriere" zur Verfügung stellte und das ich heute noch als Standard benutze.

Eine Excel-Tabelle mit allen Neonemissionslinien finden Sie hier. Es sind aber nicht alle Linien in den Emissionsspektren der Neonglimmlampen sichtbar! Insoweit ist nebenstehende Grafik in der Praxis besser zu gebrauchen.

In VSpec lasssen sich die Neonlinien in das gemessene Spektrum einblenden, was das identifizieren erleichtert.


Bei Spaltspektrographen wird mit der Neonglimmlampe der Spalt beleuchtet. Bei spaltlosen Spektrographen muss ein Spaltersatz in den Fokus des Kollimators gesetzt werden (künstlicher Stern). Der "Spalt" sollte beim spaltlosen Spektrographen nach Möglichkeit die Größe des Seeingscheibchens im Fokus Ihres Teleskops haben (oder kleiner), damit die Auflösung beim Eichen nicht geringer ist wie bei den Messungen. Ich habe bei meiner Mäusevilla (spaltloser Spektrograph) eine im Optikfachhandel gekaufte kreisförmige 5 um-Lochblende benutzt. Mit diesem künstlichen Stern im Fokus des Kollimators konnte ich dann sehr scharfe Eichbildpunkte erhalten

Man erhält auf diese Weise Aufnahmen wie die nebenstehende. Die Emissionslinien des Neongases in der Kalibrierlampe erscheinen als scharfe peaks mit einer Halbwertsbreite (FWHM), die im Falle eines Littrowspektrographen wegen seiner 1:1 Abbildung dem Durchmesser der Lochblende entspricht (ausgedrückt in Pixel).
Anhand des bekannten Emissionspektrums solcher Neonglimmlämpchen müssen dann den Pixelnummern der einzelnen Linien (peaks) die Wellenlängen zugeordnet werden. Das geschieht als normale Datenreduktionsroutine mit einer Wellenlängenkalibriermethode eines Programms, VSpec oder MIDAS.
Im nebenstehenden Spektrum wurde eine Dispersion von 0,384 Angström/Pixel gefunden. Die CCD-Kamera war eine Audine mit einem KAF 401ME CCD Chip, der 9um x 9um Pixel besitzt.

Um den mit der Neonlampe gut abgedeckten Wellenlängenbereich von 5800 bis 7000 Angström abzufahren, sind unter Umständen viele dieser Aufnahmen herzustellen, wobei der Gitterwinkel so verstellt wird, dass sich "benachbarte" Spektren etwa um 1/3 überlappen. Nebenan ein Beispiel aus meiner frühen Praxis (noch mit einer selbstgebastelten groben "Lochblende" in Form einer durchstochenen Aluminiumfolie).
So kann man sich dann die Linien des Neonspektrums "entlanghangeln". Mit etwas Übung erkennt man die Linienmuster (Abstand und Intensität) recht schnell.

Nachdem ich so eine zusammenhängende Reihe von kalibrierten Neonspektren aufgestellt habe, fülle ich eine Exceltabelle aus, die mir grafisch den abgebildeten Wellenlängenbereich und die Dispersion jeweils als Funktion der Wellenlänge darstellt. Falls Sie dieses Excelsheet verwenden möchten, können Sie es hier herunterladen.

Die nebenstehende Eichkuve für das 2400 Linien/mm Gitter und eine CCD mit KAF 401ME chip (Audine) zeigt folgendes:

Die beiden parallelen Geraden stehen für das erste und letzte Pixel in Dispersionsrichtung (der Zwischenraum ist das ca. 100 Angström breite Wellenlängen-Fenster, das abgebildet wird).

Die orange Linie bezieht sich auf die rechte Ordinate, ist also die Funktion zwischen Gitterstellung (ausgedrückt in der mm-Ablesung auf der Mikrometerschraube des LHIRES III) und Dispersion.

Was fange ich mit diesem Diagramm an? Ein Beispiel: Ich möchte das Natriumdublett D1,D2 bei etwa 5900 Angström aufnehmen. 5900 entspricht einer Gitterstellung von 17,8 mm. Das stelle ich an der Mikrometerschraube ein und schon habe ich das gewünschte Linienpaar auf dem CCD chip. Die erwartete Dispersion wird 0,132 Angstr./Pix. betragen.

Das jeweils aktuelle Diagramm (abhängig von Gitter und CCD) benutze ich so häufig, dass ich es in der Sternwarte stets griffbereit habe.

Bei Wechsel des Gitters, der CCD oder anderer optischer Komponenten des Spektrographen muß jeweils eine neue Eichung durchgeführt werden.

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