В настоящее время для обработки астрономических изображений необходим источник оптического излучения с постоянной интенсивностью в широком диапазоне длин волн. Все источники оптического излучения, дающие непрерывный спектр, имеют низкую эффективность в коротковолновой части спектра. Для решения этой проблемы астрономы используют два метода: первый метод заключается в использовании синего фильтра при съемке спектра источника непрерывного излучения - лампы накаливания, а второй метод предполагает создание нового источника излучения, состоящего из лампы накаливания и необходимых светодиодов, имеющих непрерывный спектр, которые повышают эффективность в синей и ультрафиолетовой частях спектра.

Абстракт


Целью нашей проектной деятельности являлось моделирование и создание регулируемого источника оптического излучения с постоянной интенсивностью в широком диапазоне длин волн.

Для решения задачи использованы спектрограф низкого разрешения, газоразрядная лампа линейчатого спектра и источник непрерывного спектра на основе галогенной лампы и светодиодов. Для отождествления линий газоразрядной лампы использовался спектр Солнца, полученный при той же конфигурации прибора. Составленный нами атлас линий газоразрядной лампы позволил построить дисперсионную функцию и измерить параметры спектрографа. В ходе работы мы также наблюдали линии излучения в спектрах нагретых солей натрия, калия и кальция. Были получены спектры для 12 светодиодов разных типов. Эти данные были использованы при моделировании суммарного спектра лампы и светодиодов.

Тестирование источника непрерывного спектра на основе галогенной лампы и светодиодов показало, что он позволяет получить требуемые характеристики.

Введение 

В нашей работе мы описываем источник оптического излучения с постоянной интенсивностью в широком диапазоне длин волн, созданный для оптоволоконного спектрографа высокого разрешения Коуровской АО УрФУ [1], на основе сочетания лампы накаливания, светоизлучающих диодов и корректирующего фильтра.

Конструкция источника оптического излучения с постоянной интенсивностью в широком диапазоне длин волн

В цилиндрическом алюминиевом корпусе установлены галогенная лампа и 12 светодиодов, в верхней части корпуса расположена плата контроллера светодиодов и вентилятор системы охлаждения (Рис. 1). Свет от всех источников многократно переотражается от полированных внутренних стенок корпуса. В выходной порт установлено матовое стекло и корректирующий фильтр Hoya 80A [2]. Яркость светодиодов регулируется методом широтно-импульсной модуляции. Частота модуляции — 100Гц. Для связи с персональным компьютером используется интерфейс RS485. Система команд позволяет изменять яркость каждого светодиода линейно от 0 до 100 условных единиц, включать/выключать галогенную лампу и все устройство в целом, данные о яркости сохраняются в энергонезависимой памяти контроллера.

Экспериментальная установка

Для измерения параметров источника излучения использовалась экспериментальная установка, состоящая из призменного спектрографа низкого разрешения (Рис. 2) и ПЗС-камеры Allied Vision Prosilica GT1380 [3]. Установка обладает следующими характеристиками: рабочий диапазон от 3800 до 7000А; среднее значение дисперсии – 2.4 А/пиксель; спектральное разрешение на длине волны 5900А R=500. Высокое пропускание в ультрафиолетовой части (3800-4000 А) достигается за счет призм, изготовленных из стекла NBAK-4 [4]. Для калибровки спектров по длине волны использовалась газоразрядная лампа Ne-2 с Ne-Ar наполнением.

Выбор светоизлучающих диодов и тестирование источника излучения

Для начала мы получили спектры 12 различных светодиодов, затем, подбирая их относительную светимость, выбрали из диодов те, которые понадобились нам при моделировании суммарного спектра плоского поля на языке программирования Python. Моделирование заключалось в сложении спектров галогенной лампы с корректирующим фильтром Hoya 80A и следующих светодиодов: LED 365nm, LED 390nm, LED 430nm, LED 660nm. Отклонение интенсивности в модельном спектре (Рис. 3) от среднего значения не превышает 20 % в требуемом диапазоне 3800-7000А. 

Используя выбранные светодиоды, мы получили реальный суммарный спектр (Рис. 4). Измерения показали, что интенсивности используемых светодиодов недостаточно для достижения модельного спектра. Для этого необходимо увеличивать количество диодов L53MBC (430nm), 390nm, 365nm. Конструкция прибора позволяет легко это сделать.

Заключение

Результатом нашей проектной деятельности является источник оптического излучения, имеющий значительное повышение интенсивности в коротковолновом диапазоне относительно интенсивности в спектре галогенной лампы накаливания с корректирующим фильтром. Нам не удалось достичь необходимой интенсивности излучения в синей части спектра, используя имевшиеся у нас светодиоды. Увеличение их количества позволит решить эту проблему. Изменения конструкции прибора для этого не потребуется.

Список литературы

1. Krushinsky, V. V.; Popov, A. A.; Punanova, A. FUpgrade of the fiber-fed spectrograph of the Kourovka Astronomical Observatory 1990-3413 ASTROPHYSICAL BULLETIN Россия 69 2014 год 4.

2. http://www.hoyaoptics.com/color_filter/ir_transmit...

3. https://www.alliedvision.com/en/products/cameras/d...

4. http://www.schott.com/advanced_optics/english/abbe...

В настоящее время для обработки астрономических изображений необходим источник оптического излучения с постоянной интенсивностью в широком диапазоне длин волн. Все источники оптического излучения, дающие непрерывный спектр, имеют низкую эффективность в коротковолновой части спектра. Для решения этой проблемы астрономы используют два метода: первый метод заключается в использовании синего фильтра при съемке спектра источника непрерывного излучения - лампы накаливания, а второй метод предполагает создание нового источника излучения, состоящего из лампы накаливания и необходимых светодиодов, имеющих непрерывный спектр, которые повышают эффективность в синей и ультрафиолетовой частях спектра. В настоящей работе описан источник оптического излучения с постоянной интенсивностью в широком диапазоне длин волн, состоящий из лампы накаливания и светодиодов, разработанный для Коуровской АО УрФУ.

Абстракт

Целью нашей проектной деятельности являлось моделирование и создание регулируемого источника оптического излучения с постоянной интенсивностью в широком диапазоне длин волн.

Для решения задачи использованы спектрограф низкого разрешения, газоразрядная лампа линейчатого спектра и источник непрерывного спектра на основе галогенной лампы и светодиодов. Для отождествления линий газоразрядной лампы использовался спектр Солнца, полученный при той же конфигурации прибора. Составленный нами атлас линий газоразрядной лампы позволил построить дисперсионную функцию и измерить параметры спектрографа. В ходе работы мы также наблюдали линии излучения в спектрах нагретых солей натрия, калия и кальция. Были получены спектры для 12 светодиодов разных типов. Эти данные были использованы при моделировании суммарного спектра лампы и светодиодов.

Тестирование источника непрерывного спектра на основе галогенной лампы и светодиодов показало, что он позволяет получить требуемые характеристики.

Введение

Для учета и исправления виньетирования в оптической системе прибора и попиксельных вариаций чувствительности ПЗС-приемника используется процедура деления на плоское поле - полученное изображение спектра объекта делится на изображение непрерывного спектра. Стандартные источники оптического излучения, имеющие непрерывный спектр — галогенные лампы накаливания — имеют низкую интенсивность излучения в синем и ультрафиолетовом диапазоне. Их использование для получения плоского поля приводит к резкому снижению отношения сигнал-шум для коротковолновой части спектра. Для выравнивания интенсивности в оптическом диапазоне лампы накаливания можно использовать корректирующие фильтры, но этот метод имеет ряд недостатков: фильтры не повышают интенсивность в синей части, что требует применения более мощных ламп; нередко стеклянные фильтры изготавливаются из материала, непрозрачного в ближнем ультрафиолете 3800 – 4000А. Наилучшим выходом из этой ситуации является добавление к лампе накаливания источников непрерывного излучения, имеющих максимумы интенсивности в синей и ближней ультрафиолетовой частях спектра. Такими источниками могут быть светодиоды на основе нитрида индия-галлия и других соединений.

В нашей работе мы описываем источник оптического излучения с постоянной интенсивностью в широком диапазоне длин волн, созданный для оптоволоконного спектрографа высокого разрешения Коуровской АО УрФУ [1], на основе сочетания лампы накаливания, светоизлучающих диодов и корректирующего фильтра.

Конструкция источника оптического излучения с постоянной интенсивностью в широком диапазоне длин волн

В цилиндрическом алюминиевом корпусе установлены галогенная лампа и 12 светодиодов, в верхней части корпуса расположена плата контроллера светодиодов и вентилятор системы охлаждения (Рис. 1). Свет от всех источников многократно переотражается от полированных внутренних стенок корпуса. В выходной порт установлено матовое стекло и корректирующий фильтр Hoya 80A [2]. Яркость светодиодов регулируется методом широтно-импульсной модуляции. Частота модуляции — 100Гц. Для связи с персональным компьютером используется интерфейс RS485. Система команд позволяет изменять яркость каждого светодиода линейно от 0 до 100 условных единиц, включать/выключать галогенную лампу и все устройство в целом, данные о яркости сохраняются в энергонезависимой памяти контроллера.

Экспериментальная установка

Для измерения параметров источника излучения использовалась экспериментальная установка, состоящая из призменного спектрографа низкого разрешения (Рис. 2) и ПЗС-камеры Allied Vision Prosilica GT1380 [3]. Установка обладает следующими характеристиками: рабочий диапазон от 3800 до 7000А; среднее значение дисперсии – 2.4 А/пиксель; спектральное разрешение на длине волны 5900А R=500. Высокое пропускание в ультрафиолетовой части (3800-4000 А) достигается за счет призм, изготовленных из стекла NBAK-4 [4]. Для калибровки спектров по длине волны использовалась газоразрядная лампа Ne-2 с Ne-Ar наполнением.

Выбор светоизлучающих диодов и тестирование источника излучения

Для начала мы получили спектры 12 различных светодиодов, затем, подбирая их относительную светимость, выбрали из диодов те, которые понадобились нам при моделировании суммарного спектра плоского поля на языке программирования Python. Моделирование заключалось в сложении спектров галогенной лампы с корректирующим фильтром Hoya 80A и следующих светодиодов: LED 365nm, LED 390nm, LED 430nm, LED 660nm. Отклонение интенсивности в модельном спектре (Рис. 3) от среднего значения не превышает 20 % в требуемом диапазоне 3800-7000А.

Используя выбранные светодиоды, мы получили реальный суммарный спектр (Рис. 4). Измерения показали, что интенсивности используемых светодиодов недостаточно для достижения модельного спектра. Для этого необходимо увеличивать количество диодов L53MBC (430nm), 390nm, 365nm. Конструкция прибора позволяет легко это сделать.

Заключение

Результатом нашей проектной деятельности является источник оптического излучения, имеющий значительное повышение интенсивности в коротковолновом диапазоне относительно интенсивности в спектре галогенной лампы накаливания с корректирующим фильтром. Нам не удалось достичь необходимой интенсивности излучения в синей части спектра, используя имевшиеся у нас светодиоды. Увеличение их количества позволит решить эту проблему. Изменения конструкции прибора для этого не потребуется.

Списоклитературы

1. Krushinsky, V. V.; Popov, A. A.; Punanova, A. FUpgrade of the fiber-fed spectrograph of the Kourovka Astronomical Observatory 1990-3413 ASTROPHYSICAL BULLETIN Россия 69 2014 год 4.

2. http://www.hoyaoptics.com/color_filter/ir_transmitting.htm

3. https://www.alliedvision.com/en/products/cameras/detail/Prosilica%20GC/1380.html

4. http://www.schott.com/advanced_optics/english/abbe_datasheets/schott-datasheet-n-bak4.pdf

Объявления
Начинается проектный практикум для студентов УрФУ

проектный практикум 2 курса

проектный практикум 3 курса

проектный практикум 4 курса

Молодежный космический форум - 2018 (V Семихатовские чтения)О Форуме-2018 Новое

Школа наставников - 2018 “Как создать проект в новом технологическом укладе” Актуальное

Партнеры:

ИнФО УрФУ - Генеральный партнер в проведении проектной практики в июне-июле 2017 года

Роботология - Российское оборудование для программирования и конструирования роботов

Уральский клуб нового образования - общественная организация, которая разрабатывает и реализует социально-образовательные проекты

Архив событий:

Проектная практика для студентов Института фундаментального образования УрФУСобытие

Молодежный космический форум - 2017 (Четвертые Семихатовские чтения)Конкурс

Выбор темы работы для участия в IV Семихатовских чтенияхО Форуме-2017

Подписка на новости
Контакты

Адрес: г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка 145, к. 1119 (на карте)

Тел.: +7 (343) 355-93-88

info@cosmoport.club