Sind die Dispersionsrichtungen des Prismas und des Gitters im Hubble WFC3 UVIS G280 senkrecht? Können wir das ein „Grisma“ nennen? Mit Cross-Disparation?

Sind die Dispersionsrichtungen des Prismas und des Gitters im Hubble WFC3 UVIS G280 senkrecht?

NEIN.

Können wir das ein „Grisma“ nennen?

Sicher. (Jeder, der damit arbeitet, tut es.)

Mit Cross-Disparation?

Vielleicht , obwohl es wirklich nicht klar ist, ob eine sinnvolle Kreuzstreuung stattfindet, und wenn es eine gibt, dient sie keinem nützlichen Zweck .

Alle Diskussionen, Berichte und Handbücher, die sich mit dem G280-Grisma befassen, nennen es ein "Grisma", und es wird nichts Bizarres wie das Prisma und die senkrechten Gitterrichtungen erwähnt. Wenn dies der Fall wäre , würden sich die erzeugten Bilder stark von dem unterscheiden, was Sie sehen.

Der einzig mögliche Hinweis auf etwas Seltsames an diesem Grism ist, soweit ich das beurteilen kann, dass es anscheinend ein "Ersatz" für ein Grism in der ursprünglichen Wide Field Camera (auch bekannt als WFC1) von HST war . Kurze Verweise in Dokumenten aus den 1980er Jahren weisen darauf hin, dass das Grism "G200" von WFC1 tatsächlich ein (normales) Grism war, das gegen ein senkrecht ausgerichtetes Prisma gestoßen wurde. Dies sollte gekreuzt dispergierte Spektren erzeugen, bei denen die ersten beiden Gitterordnungen getrennt und für die Spektroskopie verwendbar sind, wie diese Abbildung aus dem Wide Field - Planetary Camera Instrument Handbook (1992) zeigt :

Beachten Sie, dass im Gegensatz zu den in Ihrer Frage gezeigten G280-Grism-Bildern die Spektren 1. und 2. Ordnung über ihre gesamte Länge klar getrennt sind. (Aufgrund des Spiegelfehlers wurde dieses Grism offenbar nie für Beobachtungen verwendet.)

Dies scheint dem Design des GR700XD-Grismas für das James-Webb-Weltraumteleskop ähnlich zu sein, das aus einem normalen Grism (mit Gitter- und Prismendispersionen in derselben Ebene) besteht, das neben einem anderen Prisma mit senkrechter Ausrichtung montiert ist:

Dies soll die ersten drei spektralen Ordnungen des Gitters trennen, wie in diesem Bild gezeigt

Beachten Sie, dass - wiederum - im Gegensatz zu G280-Grisma-Bildern die Spektren 1., 2. und 3. Ordnung über ihre gesamte Länge klar getrennt sind (wenn auch nicht sehr viel).

Ich sehe zwei Möglichkeiten für den WFC3 G280 Grism:

1. Es ist nur der einzelne Grism-Teil des G200-Ersatzteils mit einigen seltsamen Mängeln (oder Nebenwirkungen, da er so konzipiert ist, dass er hauptsächlich im UV- und nicht im nahen IR-Bereich arbeitet).

2. Es ist das volle G200-Grisma + senkrechtes Prisma, obwohl das zusätzliche Prisma aus irgendeinem Grund keine richtige Kreuzdispersion liefert.

Abschließend werde ich auf dieses Papier (Yang & Wang 2018) hinweisen , das ein Grism-Design beschreibt, das Ihrer Annahme entspricht: ein Gitter, dessen Dispersionsrichtung senkrecht zur Dispersionsrichtung des Prismas ist. Dies ist keine Beschreibung eines tatsächlichen Instruments; es ist eine rein hypothetische Analyse ("Was wäre, wenn wir das Gitter senkrecht zum Prisma installieren würden? Wir haben einige optische Simulationen für dieses Szenario durchgeführt."). Hier sind zwei Dinge zu beachten:

1. Es werden keine realen Grisms erwähnt, die auf diese Weise entworfen und gebaut wurden. es ist eine rein theoretische Übung.

2. Das resultierende (simulierte) Spektralbild ist unten; es zeigt die verschiedenen Ordnungen der Beugungsgitter, die weit voneinander entfernt sind, und sieht überhaupt nicht wie die G280-Bilder aus.

Schauen wir uns also ein paar Dinge an, die Sie zu verwirren scheinen:

1. Krümmung der Spektren erster und höherer Ordnung

Die Krümmung eines Spektrums von einem Gitter ist fast immer vorhanden, obwohl sie in Systemen mit gutem Verhalten sehr klein sein kann (wie bei den WFC3-Grismen im nahen Infrarot). Deshalb gibt es in der Reduktion der Spektroskopie immer einen Schritt, bei dem man das Spektrum ab einer bestimmten Ordnung "nachzeichnet", damit man das volle Spektrum richtig extrahieren kann. Die Krümmung in den vom G280 erzeugten Spektren erster und höherer Ordnung ist ziemlich extrem – was möglicherweise auf Design- oder Herstellungsfehler im Grism oder Designkompromisse für die Arbeit im UV hindeutet – aber es hat mit ziemlicher Sicherheit nichts mit „Cross- Dispersion".

Es gibt diesen Kommentar im ST-ECF Instrument Science Report WFC3-2005-17 :

... der bei kurzen Wellenlängen gesehene Versatz in y-Richtung (relativ zur gemeinsamen Spurdefinition) scheint für alle Ordnungen ähnlich zu sein, wenn er in Pixeleinheiten ausgedrückt wird, was auf eine leichte Streuung in y-Richtung durch das G280L-Gitter hindeutet.

Sie scheinen anzudeuten, dass das Gitter selbst zusätzlich zu seiner (erwarteten und offensichtlichen) Dispersion in x-Richtung eine unerwartete Dispersion in der y-Richtung aufweisen könnte. Auch hier haben wir es möglicherweise mit Mängeln im Grism selbst zu tun.

2. "Prismenwinkel"

Der Ausdruck "Prismenwinkel" könnte der Winkel des Prismenkeils oder die Drehung des Prismas um die optische Achse des Prismas sein; der Winkel zwischen der diffraktiven und der refraktiven Dispersionsrichtung.

Nein, der Prismenwinkel ist immer nur der Winkel zwischen gegenüberliegenden Flächen des Prismas (dh der Fläche, an der das Licht in das Prisma eintritt, und der Fläche, an der es austritt). Bei einem klassischen Dreiecksprisma beträgt der Winkel 60 Grad; bei einem "Winkelprisma" sind es 90 Grad. Niemand verwendet den Begriff in dem von Ihnen vorgeschlagenen zweiten Sinn.