Su fibre ottiche e spettroscopia

[Fab]

Ciao a tutti
Leggo su questo forum molti timori/perplessità sull’uso della fibra ottica tra telescopio e spettroscopio, uso che permetterebbe di utilizzare strumenti anche pesanti senza far gravare il peso sul focheggiatore e sul tubo. Perplessità, a quanto riesco a capire, legate all’attenuazione della fibra stessa. Da qualche parte ho letto che tale attenuazione è anche definita pari (o peggio) ad una magnitudine stellare ossia 2,5 volte il segnale di ingresso.
Essendo, per decennali motivi di lavoro, abbastanza addentrato nel campo delle microonde/misure radiofrequenza/industrializzazione e facendo un paragone con tale campo, facendo un parallelismo, si avrebbe (e poi verifichiamo) un’attenuazione di quasi 7,5 Db ossia il segnale è attenuato oltre la metà della metà.

Poco convinto ho fatto delle verifiche. Innanzi tutto, come in qualsiasi campo di misure, occorre avere un riferimento : una magnitudine stellare per quale lunghezza di fibra ottica ? Di che tipo ? Di che diametro e (li sta la nota dolente) quale connettorizzazione ?

La fibra monomodale nuda e cruda senza connettorizzazione ha un’attenuazione ridicola, del tutto trascurabile. Parliamo di 0,4 dB al Km.
Per le nostre applicazioni pratiche, 1-2 metri, la perdita di inserzione sarebbe 0,4/1000 dB. Del tutto irrisoria.

Il “problema” nasce sulla connettorizzazione dove il lavoro, se non fatto con gli appositi tools e da persona addestrata, produce risultati disastrosi. Perché perdere una magnitudie stellare , ossia 2,5 volte il segnale entrante, è un risultato disastroso.
Occorre che la parte terminale dove va applicato il connettore, nel nostro caso un 31,7mm standard, sia tagliata in maniera particolare e con appositi attrezzi e lucidata in maniera ancor più particolare. Dopodichè il connettore deve essere provvisto di apposite clamp che tengano la fibra ortogonalmente alla fonte dell’asse ottico. Oltre al fatto che non deve fare curve maggiori di quelle date dalla specifica.

Domanda : i connettori telescopio (31,7mm)-fibra ottica si acquistano già intestati ? ...io non ne ho trovati…..

[miror]

Ciao a tutti,
molto interessante il discorso della fibra ottica che come dici tu, Fab, permetterebbe di posizionare altrove spettroscopi di diverse fattezze. Lavoro anch'io con fibre ottiche che usiamo generalmente per "trasportare" sorgenti laser da un banco ottico ad un altro e dato che la sorgente è intensa, fino ad ora non mi sono mai preoccupato di misurare per bene eventuali perdite.
Andando a naso credo che la perdita di segnale dichiarata dalle case costruttrici sia quella dovuta all'attraversamento della luce nella fibra e non tiene conto delle inevitabili perdite sull'interfaccia di ingresso e di uscita (che siano connettori sma o FC). Credo si chiamino riflessioni di Fresnel e dovrebbero far perdere circa il 4% del segnale per ogni interfaccia. A questo si aggiunge la perdita di un 30% (a seconda del beam splitter scelto) dovuta al beam splitter che si usa per dividere il segnale e mandarlo nella camera guida e in quella di acquisizione.
Potrei avere scritto delle immense cavolate; perdonatemi se è cosi. Non essendo un assiduo frequentatore, non ricordo chi ha gia provato questa configurazione in fibra. Magari lui potrebbe confermare o smentire quanto ho scritto

[Paolo]

Ciao Fabrizio, Paolo, grazie per il topic davvero interessante. Come sapete ho poca esperienza con le fibre. Ho letto qualcosa sul web e, grazie a Giuseppe e Umberto, ho potuto fare qualche esperimento con alcuni modelli.

Volevo solo aggiungere al quadro che ha descritto Fabrizio altri due elementi che secondo me vanno considerati se si intende utilizzare la fibra piuttosto che la fenditura in "presa diretta" (ovviamente quando lo spettrografo non pesi un botto per cui non c'e' altra soluzione alla fibra).

- il sistema di puntamento e guida (basato su una superficie riflettente con foro) e' molto difficile da realizzare (e molto costoso da acquistare).

- non puoi effettuare la sottrazione del fondo cielo (normale routine con la fenditura) se non facendo una ulteriore osservazione di pari esposizione puntando una zona di cielo senza stelle nei pressi del target.

Sempre a livello pratico... tra le caratteristiche di una fibra e' molto importante la capacita' di mantenere all'uscita il rapporto focale che entra. Nei casi peggiori l'efficienza dell'intero sistema puo' subire, per problemi puramente geometrici (le ottiche non lavorano come da progetto), un fortissimo degrado.

Credo sia utile riportare anche qui la pagina del CAOS (Club of Amateurs in Optical Spectroscopy) dedicata alle fibre:

http://www.eso.org/~cguirao/caos/fibre/fibre.html

Non so dirti circa i terminali da 31.8mm per fibra. Mi e' capitato di vedere su qualche catalogo fibre con connettori FC o SMA ma so che ne esistono di moltissimi tipi a seconda degli scopi (https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber_connector). Penso ci si debba attrezzare per passare da questi ai raccordi per i nostri telescopi.

Paolo

[Fab]

Ciao a tutti.

Il discorso si fa interessante.

Grazie a Miror e Paolo introduciamo quegli elementi che completano il quadro, ossia dove andiamo a perdere segnale e dove abbiamo delle criticità legate alla nostra particolare applicazione.

Ok per i connettori sma e FC di comune uso industriale.

Miror, le perdite dovute alle rifrazioni di Freslner sono dovute ad un imperfetto taglio della fibra in fase di connettorizzazione. Sono problematiche affrontabili. Per la bassa perdita di inserzione infatti anch'io avevo intuito che si riferisse alla fibra priva di interfacce di utilizzo (connettori) Più complicate sono le problematiche suggerite da Paolo, ossia la sottrazione del fondo cielo e , soprattutto, il sistema di puntamento e guida, molto delicati anche senza scomodare le fibre ottiche.
Magari Umberto ci da maggiori lumi. Ho visto che il suo spettroscopio home made utilizza le fibre.

Fabrizio

[umberto]

Salve Fabrizio,Paolo e Miror,sarei ben lieto di illustrare tutto sulla fibra ottica, ma non sono così colto in mater[list=][/list]ia da fare una lezione sull'argomento.Leggo invece che Fabrizio e Mirror, per motivi di lavoro,hanno acquisito una migliore conoscenza scientifica in materia.Posso solo raccontare la mia ardua esperienza tentando di alimentare uno spettroscopio autocostruito il cui peso di circa 6 Kg non sarebbe sopportato da un collegamento diretto al C8 nè al Tec-110.Con il senno di poi non rifarei mai questa esperienza per le difficoltà incontrate per il cablaggio della fibra al sistema di guida realizzato da me con degli accessori del Lhires III fornitimi da Paolo.I connettori 31.75 con attacco F/C li ho costruiti io, ma si possono trovare presso la Shelyak. Della perdita di segnale con la fibra non so ancora dirvi nulla poichè non ho termini di paragone con lo stesso setup e non sono ancora certo che il fuoco del telescopio sulla fibra sia quello giusto, poichè il riflesso del target sullo split e il terminale della fibra giacciono su un piano inclinato di circa 9°, quindi devo procedere per tentativi fino ad ottenere una condizione ottimale con maggiore lettura di Adu.Questo inconveniente si risolve acquistando il sistema di guida della Shelyak, che funziona molto bene.Vi terrò informati sugli eventuali sviluppi sul mio assemblato.Umberto

[miror]

Salve a tutti,
come ha aggiunto Paolo un altro problema pratico è quello di accoppiare l'uscita della fibra con la parte ottica in ingresso dello spettroscopio; per quanto ne so, data l'apertura numerica spinta delle fibre, l'unico modo per accoppiarle potrebbe essere quello di usare un obiettivo da microscopio (tipo un 5x) con apertura numerica vicina o tale da non tagliare ulteriore luce anche se questo di nuovo aggiungerebbe un'ulteriore perdita dovuta alle riflessioni date dall'interfaccia aria-vetro obiettivo.
D'altro canto le lenti e gli obiettivi fotografici con i quali siamo abituati a smanettare non consentono di accoppiare bene; tipici na di una fibra multimodo a core stretto sono tra 0,2 e 0,27 credo, contro na di..1, 2 di un sistema ottico classico o lenti singole.

In merito alle perdite del 4%, mi ricordo che è tutto strettamente legato ad un rapporto di indici di rifrazione diversi (luce-vetro) e poco ci puoi fare anche se lappi bene bene la fibra.
Per minimizzare queste perdite però, thorlabs effettua dei rivestimenti antiriflesso (AR coating) che minimizzano le riflessioni:
https://www.thorlabs.com/newgrouppage9. ... up_id=1792

[umberto]

Salve Paolo, io non ho interposto alcuna lente davanti alla fibra. Ho fatto una verifica, su consiglio di un eccellente astrofilo svizzero, fotografando con una reflex, collegata al posto del ccd, il cono di luce del C8 trasmesso dalla fibra allo spettroscopio che è risultato compatibile con tutto il setup.Allego la foto.Umberto