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Transmission

Transmissionsmessungen im Bereich der Astronomie werden an Objektivlinsen, Einzellinsen und Filtern eingesetzt. Hierbei wird die Intensität der Strahlung am Ausgang des Prüflings in Abhängigkeit der Wellenlänge gemessen. Durch eine zusätzliche Messung des Spektrums der Quelle ohne Prüfling kann man die relative Transmission des Prüflings in Relation zur Quelle und in Abhängigkeit der Wellenlänge darstellen.

Wir benutzen zur Transmissionsmessung an Objektivlinsen, Einzellinsen und Filtern den im folgenden Bild dargestellten Messaufbau.

Transmission 1

Der Ausgang des Lichtleiters der Lichtquelle wird im Fokus eines 2" Achromaten positioniert und dadurch kollimiert. Anschließend tritt das kollimierte Strahlenbündel durch den Prüfling und trifft danach auf den Eingang eines Lichtwellenleiters, der am Ausgang mit einem CCD-Spektrometer verbunden ist.

Das CCD-Spektrometer misst und digitalisiert das Spektrum der Strahlung und überträgt die Daten an einen Computer. Mit entsprechender Software wird das übertragene Spektrum dann am Computer ausgewertet und dargestellt. Mit Hilfe des CCD-Spektrometers wird es  möglich, die Intensität der Transmission in den Farbbereichen des Spektrums sehr genau zu messen und gleichzeitig darzustellen.

Das für die Messungen eingesetzte CCD-Spektrometer stammt von der kanadischen Firma Aseq Instruments. Der damit erfassbare Wellenlängenbereich umfasst 200-1200nm bei einer spektralen Auflösung von 4nm. Bei Bedarf kann die spektrale Auflösung des Spektrometers, durch den Einsatz eines schmaleren Eingangsspaltes, bis auf 1nm verringert werden.

Als Lichtquelle wird eine geregelte Halogen-Kaltlichtquelle eingesetzt, deren Stromstärke mit einem guten, digitalen Multimeter überwacht wird. So wird sichergestellt, dass die Lichtstärke der Quelle während der Messungen konstant gehalten werden kann.

Die Kaltlichtquelle strahlt im Bereich 350-800nm. Ihr Spektrum ist sehr homogen und verläuft im visuellen Bereich ähnlich dem Spektrum von Sternen (schwarze Strahler). Für genaue Transmissionsmessungen im visuellen Spektrum von 400-700nm kann die Kaltlichtquelle ausgezeichnet eingesetzt werden.

Transmissionsmessung am Skywatcher Equinox 120ED F/7,5

Transmission 4

Transmissionsmessung an der unvergüteten Ross-Null Einzellinse

Transmission 5

Transmissionmessung an der vergüteten Thorlabs Einzellinse 2" F/10

Transmission 6

 

Im folgenden Abschnitt werden die Ergebnisse der Transmissionsmessungen an der Objektivlinse und den Einzellinsen gezeigt. Da Linsen die Strahlung fokussieren kann keine genaue Relation zur Beleuchtung der Quelle dargestellt werden. Hier dient die absolute und relative Darstellung des Spektrums lediglich dazu, qualitative Veränderungen des spektralen Verlaufs im Vergleich zur Quelle und damit Übertragungsfehler darzustellen.

Die genaue Bestimmung des Intensitätsverlustes in Abhängigkeit der Wellenlänge wird über eine Reflexionsmessung mit Hilfe der Reflexionssonde, wie unter Menüpunkt Reflexion beschrieben, vorgenommen. Das so gemessene Reflexionsspektrum ist nachfolgend zusätzlich dargestellt.

Durch Anklicken der Bilder werden diese vergrößert und in neuem Fenster geöffnet.

Spektrum der Beleuchtung

Transmission Kollimator Quelle

Das Transmissionsspektrum der vergüteten Einzellinse zeigt keine Auffälligkeiten im Vergleich zum Spektrum der Quelle.

Transmission Kollimator TLinse508500V

 

Transmission Kollimator TLinse508500V Prozent

Das Reflexionsspektrum der vergüteten Einzellinse zeigt sehr geringe Werte im Bereich 0,1-1,3%. Die Transmission liegt dementsprechend im Bereich 98,7 - 99,9% in Relation zum Spektrum der Quelle.

Reflexion Sonde TLinse508500V Prozent

Das Transmissionsspektrum vom Skywatcher Equinox 120ED F/7,5 zeigt keine Auffälligkeiten im Vergleich zum Spektrum der Quelle.

Transmission Kollimator SW Equinox 120ED

 

Transmission Kollimator SW Equinox 120ED Prozent

Das Reflexionsspektrum des Skywatcher Equinox 120ED F/7,5 wurde ermittelt, indem die Reflexion an Vorder- und Rückseite des Objektivs gemessen und die Messwerte aus beiden Messungen gemittelt wurden. Das Reflexionsspektrum zeigt sehr geringe Werte im Bereich 0,05-0,6%.

Da der Glasweg des Objektivs zu gross ist um die Reflexionen an beiden Linsen zu erfassen, verdoppeln wir den bereits gemittelten Reflexionswert und erhalten dementsprechend eine Transmission im Bereich von 98,8-99,9% in Relation zum Spektrum der Quelle. 

Reflexion Sonde SW Equinox 120ED Prozent

Das Transmissionsspektrum der unvergüteten Ross-Null Einzellinse zeigt keine Auffälligkeiten im Vergleich zum Spektrum der Quelle.

Transmission Kollimator RossNullLinse

 

Transmission Kollimator RossNullLinse Prozent

Das Reflexionsspektrum der unvergüteten Ross-Null Einzellinse wurde ermittelt, indem die Reflexion an Vorder- und Rückseite der Linse gemessen und die Messwerte aus beiden Messungen gemittelt wurden. Das Reflexionsspektrum zeigt Werte im Bereich 3-3,5%.

Da der Glasweg der Einzellinse zu gross ist um die Reflexionen auf beiden Seiten der Linse zu erfassen, verdoppeln wir den bereits gemittelten Reflexionswert und erhalten dementsprechend eine Transmission im Bereich von 93-94% in Relation zum Spektrum der Quelle.

Reflexion Sonde RossNullLinse Prozent

 

Im folgenden Abschnitt werden Transmissionsmessungen an verschiedenen Filtern gezeigt, die bei der praktischen Astronomie sowie bei der Messtechnik ihren Einsatz finden.

Da die gemessenen Filter das kollimierte Strahlenbündel der Quelle nicht fokussieren oder streuen, kann die relative Transmission der Filter im Vergleich zur Quelle durch eine zusätzliche Messung ohne Prüfling dargestellt werden.

Transmissionsmessung am Filter

Transmission 2

Messung des Spektrums der Quelle ohne Prüfling

Transmission 3

 

Im folgenden Abschnitt sind die gemessenen Spektren von Bandpass-Interferenzfiltern verschiedener Hersteller mit 10nm Bandbreite dargestellt.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Angaben der Hersteller bezüglich Mittenwellenlänge, Bandbreite und Transmission sehr gut zu den gemessenen Größen passen.

Spektrum der Quelle

Transmission Quelle Interferenzfilter 10nm

 

Transmission Edmund Optics Interferenzfilter 430nm 10nm Bandbreite

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Edmund Optics 430nm Prozent

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Edmund Optics 486nm

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Edmund Optics 486nm Prozent

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Edmund Optics 546nm

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Edmund Optics 546nm Prozent

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Edmund Optics 586nm

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Edmund Optics 589nm Prozent

Das Spektrum des Melles Griot Filters ist gegenüber dem Spektrum des gleichen Edmund Optics Filters leicht zu grösseren Wellenlängen hin verschoben. Die Transmission ist etwas geringer als beim Edmund Optics Filter.

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Melles Griot 589nm

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Melles Griot 589nm Prozent

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Edmund Optics 656nm

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Edmund Optics 656nm Prozent

Auch in diesem Wellenlängenbereich ist das Spektrum des Melles Griot Filters gegenüber dem Spektrum des gleichen Edmund Optics Filters leicht zu grösseren Wellenlängen hin verschoben. Die Transmission ist hier ebenfalls etwas geringer als beim Edmund Optics Filter.

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Melles Griot 656nm

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Melles Griot 656nm Prozent

Die gemessene Transmission eines teuren Premium Filters von Thorlabs zeigt deutlich höhere Werte als die der weiter oben gemessenen Interferenzfilter normaler Qualität. Diese engen Premium Filter setzen wir am 3D-Profiler ein, um die Kohärenzlänge der Beleuchtung zu regulieren.

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Thorlabs Premium 660nm

 

Transmission Interferenzfilter 10nm Bandbreite Thorlabs Premium 660nm Prozent

 

Im folgenden Abschnitt werden Messergebnisse an Bandpass-, Shortpass- und Longpass-Interferenzfilter gezeigt, die wir zur Anpassung der Beleuchtung des 3D-Profilers einsetzen. Die Filter sind sehr hochwertig und auch teuer. Allerdings sind Ihre Übertragungswerte erstklassig.

Das Spektrum der Beleuchtung

Transmission Quelle Interferenzfilter

 

Transmission Interferenzfilter 40nm Bandbreite Thorlabs Premium 650nm

 

Transmission Interferenzfilter 40nm Bandbreite Thorlabs Premium 650nm Prozent

 

Transmission Interferenzfilter Thorlabs Premium 700nm cut-off Shortpass

 

Transmission Interferenzfilter Thorlabs Premium 700nm cut-off Shortpass Prozent

 

Transmission Interferenzfilter Thorlabs Premium 500nm cut-on Lonpass

 

Transmission Interferenzfilter Thorlabs Premium 500nm cut-on Shortpass Prozent

 

Transmission Interferenzfilter Thorlabs Premium 500nm cut-on Shortpass + 700nm cut-off Longpass

 

Transmission Interferenzfilter Thorlabs Premium 500nm cut-on + 700nm cut-off Prozent

Das gemessene Spektrum des Interferenzfilters mit 532nm Mittenwellenlänge und nur 1nm Bandbreite zeigt deutlich die Auflösungsgrenzen des CCD-Spektrometers.

Die Lage der Mittenwellenlänge wird noch sehr genau gemessen. Allerdings sind die Messwerte für Bandbreite und Transmission nicht von diesem Stern :-).

Transmission Interferenzfilter 1nm Bandbreite Thorlabs 532nm

 

Transmission Interferenzfilter 1nm Bandbreite Thorlabs 532nm Prozent

 

Im folgenden Abschnitt werden Transmissionsmessungen an drei ND-Filtern und einem Polarisationsfilter gezeigt.

Spektrum der Beleuchtung

Transmission Quelle ND-Filter

 

Transmission ND-Filter Thorlabs OD 1

 

Transmission ND-Filter Thorlabs OD 1 Prozent

 

Transmission ND-Filter Thorlabs OD 0,3

 

Transmission ND-Filter Thorlabs OD 0,3 Prozent

 

Transmission ND-Filter Baader OD 1,8

 

Transmission ND-Filter Baader OD 1,8 Prozent

Die Transmissionsspektren des Polarisationsfilters in 0 und 90 Grad Stellung zeigen eine nur geringe Polarisation der Strahlung der eingesetzten Kaltlichtquelle.

Transmission Polarisationsfilter Thorlabs 0 Grad

 

Transmission Polarisationsfilter Thorlabs 0 Grad Prozent

 

Transmission Polarisationsfilter Thorlabs 90 Grad

 

Transmission Polarisationsfilter Thorlabs 90 Grad Prozent

 

Im folgenden Abschnitt werden die gemessenen Transmissionsspektren von zwei Baader O3 Filtern verschiedenen Alters gezeigt.

Spektrum der Beleuchtung

Transmission Quelle Baader O3-Filter

Das Transmissionsspektrum des älteren Filters zeigt eine leicht geringere Transmission und einen zweiten Durchlassbereich bei 760nm. Die Bandbreite des Filters ist mit 9nm sehr schmal.

 Transmission Baader O3-Filter Ältere Baureihe

 

Transmission Baader O3-Filter Ältere Baureihe Prozent 1

Der zweite Durchlassbereich zeigt eine Transmission von 45% der Strahlung.

Transmission Baader O3-Filter Ältere Baureihe Prozent 2

Die neuere Baureihe zeigt keinen zweiten Durchlassbereich bei 760nm. Die Transmission ist leicht höher als beim älteren Modell. Allerdings ist das Spektrum etwas zu höheren Wellenlänge hin verschoben. Die Bandbreite ist mit 10nm etwas grösser als beim älteren Modell.

Transmission Baader O3-Filter Baureihe 2013

 

Transmission Baader O3-Filter Baureihe 2013 Prozent

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