Tests en NIR avec le LHIRES III

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Tests en NIR avec le LHIRES III

Postby Michel Verlinden » Wed Jul 04, 2018 11:48 pm

Hello,

Premiers tests en spectro dans le NIR (750 - 1000 nm), avec le lhires III, réseau à 600 tr/mm, instrument posé sur une table.
J'ai d'abord modifié le LHires en incorporant un filtre d'ordre sous la fente, que j'ai fixé sur le support de la carte électronique du module de calibration. J'utilise des gants bien sûr. Le modèle est un Schott OG590 d'indice optique 1.51, de 3 mm d'épaisseur et de 12,5 mm, c'est celui que l'on trouve dans les spectro LISA IR.

Le filtre est cerclé d'un joint torique en caoutchouc et le joint fixé sur la bordure du trou circulaire à l'aide d'une pince. Il faut s'assurer que les câbles électroniques restent à l'écart de l'axe optique pendant le remontage et que le filtre est à plat dans le joint (pas évident avec du caoutchouc).

IMG_2918.JPG


Entre le support en métal et le filtre, on a de la place, aucun contact avec l'électronique, ouf !

IMG_2895.JPG


IMG_2920.JPG


Observation sur table: altération de la géométrie du faisceau sortant, causée par le filtre d'ordre passe haut (coupure à 590 nm), la pose du filtre induit une modification légère du tirage requis pour la caméra, et je perds environ 12 % de résolution (mesure sur la largeur à mi-hauteur d'une raie d'argon centrée dans le champ après focalisation optimale). Pour ce calcul j'utilise la mesure de FWHM de Prism

focalisation sur raie.png
focalisation sur raie.png (21.51 KiB) Viewed 411 times


Je suis passé de 2,5 pixel à 2,8 pixel,tout cela dans des conditions de température proches (24°C sans le filtre -->21°C avec le filtre). Une question à étudier: la caméra science manque-t-elle de tirage ou le tirage est-il trop long ? Après tentatives, je m'aperçois que je perds en résolution si je recule la caméra.

Dans ce test, toutes les images brutes sont fenêtrées pour ne travailler qu'une zone où la focalisation du spectre est correcte (elle est ici optimale quelques dizaines de pixels en dessous du centre de champ) et le vignettage moindre (2/3 d'image).

Première image test, le spectre d'un nuage dans la région de raies telluriques:7390A-8265A


On reconnaît l'intense absorption par le dioxygène à 7605 A (raie sombre et large dans l'image) et bande moléculaire de H20 juste à sa droite, à juste titre appelée "peigne de l'eau".

Zone de binning:

zone de reduction.png


Le slant est évalué à -0.1° dans cette zone, pour les raies centrales,dans la zone de réduction. La caméra peut encore être légèrement tournée.

La calibration est effectuée grâce à une image d'une lampe Argon-Néon, 4 raies de la lampe du Lhires III, pose de 2 secondes; la loi de dispersion (polynôme de degré 3) déduite est appliquée à 9 raies de la même image, avec une erreur quadratique moyenne de 0.035 A (c'est correct, et heureusement, toutes les raies utilisées sont isolées). L'émission de la lampe centrale vers 7724 A est un ensemble de 2 raies blendées à la résolution utilisée (environ 0,5 A d'écart), c'est pourquoi je ne l'ai pas retenue).

Les raies sont extraites du NIST atomic database (raies les plus intenses du catalogue).

Fichier lst de calibration à l'aide d'une mesure de la dispersion entre deux raies distantes du mélange Argon-Néon:

calibration_raies_ArNe7384_8265.png


Sun_7580_7700.png
Sun_7580_7700.png (31.69 KiB) Viewed 411 times


Pour une lisibilité commode du spectre, la normalisation (choix de l'échelle en Y) est faite - en dernier ressort - sur l'intervalle 7450-7455 A, le continuum y est presque plat.

Et comparaison avec le fichier des raies telluriques a2 de la base d'ISIS:

Telluric H20 Mid vs High Res.png
.

J'ai eu la possibilité d'aller plus loin, je me suis limité à 890 nm pour le moment, ci dessous, le spectre du ciel couvert de 7940 A à 8915 A.

2D_Sun_7943_8915.png


On y repère les raies sombres du triplet du calcium (8498 A, 8542 A et 8660 A)

Première observations sur les étoiles: des étoiles géantes, chaudes ou froides, et une symbiotique; et plus généralement brillantes dans le rouge ou la bande I.

NIR_tests_ plots_2018 06 26.png


Notez que ce réseau présente un maximum d'efficacité à 750 nm (contre 500 nm pour le modèle du catalogue Shelyak) et que Shelyak propose cette version sur demande.

Je remercie François Cochard de son aide matérielle et de sa disponibilité pour analyser à distance les réglages du Lhires.

On a des challenges à relever: supprimer les raies telluriques du NIR proprement, afin d'extraire les raies des cibles noyées dans ces bandes, ce que fait bien Visual Spec dans le visible; et supprimer les franges d'interférences qui apparaissent (ici visibles à partir de 8400 A) de manière automatisée.
C'est tout un champ de procédures de traitement et pour étudier en amateur (entre autres objets) étoiles carbonées, étoiles S, géantes, symbiotiques, Be (festival de raies de Paschen en émission par exemple), mesures sur le triplet du calcium , mesures de vitesses radiales.

J'ai fait d'autres tests sur étoiles, c'est vraiment sympa. J'apporterai mon Lhires modifié à l'OHP pour montrer un peu en session.

Michel VERLINDEN
Last edited by Michel Verlinden on Thu Jul 05, 2018 1:18 pm, edited 1 time in total.
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Re: Tests en NIR avec le LHIRES III

Postby Ken Harrison » Thu Jul 05, 2018 4:41 am

Michel,
Very interesting report, and timely for me....I'm about to test the PST etalon out in the NIR. Some solar observers are interested in obtaining solar images in the 8598A CaII wavelength.
I have a Baader IR pass filter (>685nm) which I could use as a order sort filter........
"Astronomical Spectroscopy - The Final Frontier" - to boldly go where few amateurs have gone before....
"Imaging Sunlight - Using a digital Spectroheliograph" - Springer
http://www.astronomicalspectroscopy.com
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Re: Tests en NIR avec le LHIRES III

Postby Michel Verlinden » Thu Jul 05, 2018 2:29 pm

Hello,

Je poursuis le fil.
Les flats et les images spectrales d'objets brillants présentent-ils de l'Amp glow, la question a été évoquée pour les CMOS, mais ici il s'agit d'imagerie CCD dans le NIR ?
Le rendement global (optique + CCD) baisse rapidement de 7940 A à 8900 A, on passe de près de 50000 ADU/pixel à gauche à environ 30000 ADU/pixel.

flats 3s apres vérification étanchéité joint..png


Je joins des images png des spectres.
Les spectres sont ici présentés de manière plus détaillés. Ils ont été recentrés à l'aide des raies telluriques, mais ne sont pas corrigés de la vitesse héliocentrique. Les positions indiquées sont celles de raies mesurées en laboratoire, au repos.

La série de Paschen et les franges d'interférence (on connait un responsable, a vitre de la caméra. Le filtre est-il aussi une source ?)
vega_ref_20180625_912_Michel VERLINDEN.png



Ces même raies dans Bet Lyr, une mine d'informations à analyser :
NIR Beta Lyr 20180626.png


CH Cyg, avec des raies en émission noyées dans une forêt de raies telluriques, et de jolies bandes moléculaires:
chcyg_20180627_029_Michel VERLINDEN.png


Kap Lyr (K2-IIIabCN0.5 B), dont on voit très bien le triplet de Calcium:
kappalyr_20180626_931.png


Et une comparaison entre V*V Cep et 18 Cep (M5III candidate variable à longue période). Les spectres semblent très proches de 7960A à 8900 A
Une différence marquée apparait vers 8507 A (suspicion de raie en émission). Et dans la bande H20 8100-8400, on serait bien tenté de nettoyer le spectre des raies telluriques pour extraire les informations masquées).
vvcep_vs_18cep_Michel VERLINDEN.png


Amicalement,
Michel Verlinden
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Re: Tests en NIR avec le LHIRES III

Postby Robin Leadbeater » Thu Jul 05, 2018 2:56 pm

Interesting results Michel. A while ago I followed the Eps Aur eclipse at K 7699A using the 2400 grating (I had to modify the grating holder to increase the angle of the grating). If I remember correctly I just placed the order filter in front of the camera

Cheers
Robin
LHIRES III #29 ATIK314 ALPY 600/200 ATIK428 Star Analyser 100/200 C11 EQ6
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Re: Tests en NIR avec le LHIRES III

Postby Peter Somogyi » Thu Jul 05, 2018 7:34 pm

Hello Michael,

Last year I've also experimented some (BF Cyg, CH Cyg, CI Cyg, VV Cep - attaching as a zip, 35 micron slit, Orange wratten filter, 300/1200 Newton + APM Barlow).
The most interesting amongst them was BF Cyg:
BFCyg_OI.png
BFCyg_OI.png (50.37 KiB) Viewed 315 times

BFCyg_CaII.png
BFCyg_CaII.png (47.84 KiB) Viewed 315 times

So maybe this star could have unique coverage for CaII.

As for CH Cyg and VV Cep, I'm not sure if R~3000 was enough, have the feeling a much higher resolution desirable.
And, an IR enhanced grating would be imporant - unlike the case of UV (> 370nm) where the 2400/mm grating performs even similar to the UV-polished grating (see optometrics).
I did put the filter in front of ATIK 428 EXm, screwing a 1x manual filter switcher (ordered from TS) in front of the camera (the switcher is still there, just no filter - due to having other projects).

Attaching results, the calibration is extrapolated above 8667A (last detectable Argon line), and had some defocus at the end (VV Cep).
pso_ir_20170610.zip
(37.89 KiB) Downloaded 4 times


Cheers,
Peter
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Re: Tests en NIR avec le LHIRES III

Postby Michel Verlinden » Tue Jul 10, 2018 2:21 pm

Hi Peter,
Many thanks for your nice NIR spectra. I just compare our profils of CH Cyg.
The dates are very different. However, we didn't have the same reference star.
chcyg_20170610_944_PSO and 20180627_029_MVE.png

Cheers,
Michel Verlinden
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Re: Tests en NIR avec le LHIRES III

Postby Peter Somogyi » Wed Jul 11, 2018 6:42 pm

Thank you Michael for the comparison, I've used Vega in the case of CH Cyg (longer wavelength, elevation distance should be less sensitive).
The CaII triplet might be more interesting (captured only O I 7776, 8446 that time, barely fitting on my ccd).

A good reason why we may see no real feature in some of the cases, that the M giant is not behind the moving features, and its +3 mag in this region suppressing the wanted features. So you may want to overexposure it a bit, even when it looks full of SNR, and substract (or divide - in case of absorptions?) a matching M component later.

Hope to see a nice serie from you soon!

Cheers,
Peter
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Re: Tests en NIR avec le LHIRES III

Postby Michel Verlinden » Sat Jul 14, 2018 12:57 pm

Hello Peter and all,

A very useful protocol ! Many thanks Peter !

Fringes are difficult to remove totally because the pattern fringes depend on wavelengh, illumination sensor and are 2D complex figures.
Scientist from ESO developped an algorithme to find and remove the signature pattern of fringes in CCD images. Here is the link:
https://www.eso.org/sci/publications/me ... -14-16.pdf
The program is free tu use (an IRAF programm and a SDL solution is proposed).
The fringe removal is essential to NIR spectroscopy exploration.

Michel Verlinden
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Re: Tests en NIR avec le LHIRES III

Postby Michel Verlinden » Wed Jul 18, 2018 12:54 pm

Hello,

Une première étape est franchie, : le retrait des raies telluriques (presque total) dans le proche infrarouge, avec Spectro Tools (développé par Peter Schattler).
On charge le spectre bien calibré en longueur d'onde et un modèle d''atmosphère prenant en compte la distance zénithale, l'altitude (0 ou 600m) et la saison (limité à été-hiver pour l'instant). On sélectionne la zone à purger. Le résultat -obtenu automatiquement- est un profil au format fit par exemple, une mesure de la résolution et un calcul de décalage résiduel en calibration.

Exemple avec Mars (spectre obtenu à l'OHP durant la star party 2018).
mars_20180714_055_M.Verlinden_H20.png
.

Quelques artéfacts apparaissent et le logiciel échoue aux extrémités du spectre avec le LHIRES III à cette résolution (R = 3600), où les erreurs sont plus importantes (en raison du chromatisme du doublet).

Spectro Tools n'est pas la seule solution. L'outil de retrait des raies telluriques de Visualspec développé par Valérie Desnoux est accompagné d'un fichier de raies spécifiques au NIR, appelé geisa.dat, on y accède par le chemin suivant: options/préférences/atmosphère/raies telluriques.

NIR_H20_geisa_vspec.png
NIR_H20_geisa_vspec.png (12.79 KiB) Viewed 34 times



La possibilité de retirer les raies telluriques est un pas important dans l'exploration du NIR. Enjoy !


Michel Verlinden
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