Основной звездный спектрограф БТА

2. Технические характеристики спектрографа

Спектрограф установлен в фокусе Нэсмита телескопа БТА, эквивалентное фокусное расстояние 186 м (F/31). Предщелевая часть спектрографа размещена на 4-м этаже стойки телескопа и является общей для других приборов фокуса Н2. На рис. 2 представлена оптическая конфигурация ОЗСП. Общий предщелевой блок устройств отмечен цифрой 3. Здесь на подвижной платформе установлены два анализатора круговой (Найденов, Чунтонов 1976) и линейной поляризации (Найденов и др. 2007), поворотная фазовая пластинка, йодная ячейка.

Рис. 2. Оптическая конфигурация ОЗСП. Цифрами отмечены: 1 — локальный корректор фокуса Н2, 2 — блок калибровочных устройств, 2.1 — галогеновая лампа плоского поля, 2.2 — Th-Ar лампа спектра сравнения, 2.3 — блок сменных диафрагм, 3 — блок предшелевых устройств фокуса Н2, 3.1 — анализатор круговой поляризации (Найденов, Чунтонов 1976), 3.2 — поворотная фазовая пластинка анализатора поляризации новой конструкции (Chountonov 2004), 3.3 — блок фазовых пластинок анализатора поляризации для НЭС (Найденов и др. 2007), 3.4 — йодная ячейка, 4 — щелевой блок ОЗСП, 4.1 — отклоняющее зеркало на оси Z, 4.2 — сменный порядкоразделительный фильтр, 4.3 — щель спектрографа, 5 — блок устройств подсмотра щели.
Рис. 2. Оптическая конфигурация ОЗСП. Цифрами отмечены: 1 — локальный корректор фокуса Н2, 2 — блок калибровочных устройств, 2.1 — галогеновая лампа плоского поля, 2.2 — Th-Ar лампа спектра сравнения, 2.3 — блок сменных диафрагм, 3 — блок предшелевых устройств фокуса Н2, 3.1 — анализатор круговой поляризации (Найденов, Чунтонов 1976), 3.2 — поворотная фазовая пластинка анализатора поляризации новой конструкции (Chountonov 2004), 3.3 — блок фазовых пластинок анализатора поляризации для НЭС (Найденов и др. 2007), 3.4 — йодная ячейка, 4 — щелевой блок ОЗСП, 4.1 — отклоняющее зеркало на оси Z, 4.2 — сменный порядкоразделительный фильтр, 4.3 — щель спектрографа, 5 — блок устройств подсмотра щели.

Рис. 3. График пропускания порядкоразделительных фильтров на основе СЗС-21 и ЖС-18.
Рис. 3. График пропускания порядкоразделительных фильтров на основе СЗС-21 и ЖС-18.

Щелевой блок спектрографа состоит из зеркала, отклоняющего свет звезды или калибровочных источников под углом 65° к оси фокуса телескопа на щель, порядкоразделительного фильтра, узла щели и затвора (Поз. 4 на рис. 2). Вспомогательное зеркало установлено в оправе в подвижной каретке, имеет алюминиевое напыление с защитным слоем MgF₂. В качестве порядкоразделительного фильтра используется цветное стекло ФС-6 (для области короче 4000 Å), СЗС-21 (для синей области) или ЖС-18 (для красной). Кривые пропускания стекол СЗС-21 и ЖС-18 представлены на рис. 3.

Рис. 4. Внешний вид и схема стандартной щели ОЗСП.
Рис. 4. Внешний вид и схема стандартной щели ОЗСП.

Сменный узел щели позволяет вести работу со стандартной щелью, производства ЛОМО (Рис. 4) или с новой щелью, спроектированной Чунтоновым Г.А. (Chountonov 2004, Рис. 5). В первом случае высота щели составляет 50 мм, ширина может быть переменной. Во втором случае щель имеет фиксированную ширину (0.5″ в проекции на небесную сферу) и конструктивно совмещена с синтетическим двулучепреломляющим кристаллом и резателем изображения, что ограничивает ее применение только задачами спектрополяриметрии. Диафрагма диаметром 5 уг. секунд (в проекции на небо) определяет высоту щели.

Рис. 5. Внешний вид и схема щели ОЗСП с резателем изображения.
Рис. 5. Внешний вид и схема щели ОЗСП с резателем изображения.

Зеркальный коллиматор спектрографа имеет световой диаметр 310 мм (диаметр коллимированного пучка — 258 мм), фокусное расстояние — 7928 мм. Другие параметры спектрографа приведены в табл. 1.

Табл. 1. Основные параметры оптической схемы ОЗСП.

Угол излома пучка к оси Z	65°
Коллиматор
Фокусное расстояние	7928.7 мм
Световой диаметр	310 мм
Угол наклона оси	3°
Угол между осями коллиматора и камеры	45°
Камера №2
Фокус	604 мм
Диаметр зеркала	700 мм
Диаметр корректора	405 мм
Диаметр плоского зеркала	120 мм

В качестве диспергирующего элемента может быть использована одна из трех дифракционных решеток, параметры которых приведены в табл. 2 (Панчук 2001).

Табл. 2. Параметрых дифракционных решеток ОЗСП.

Угол блеска	8.0°	15.5°	24.7°	24.7°
Рабочий порядок	I	II	II	III
Рекомендуемый диапазон, Å	4300-6500	3100-5600	5600-9000	4000-4900
Средняя обратная дисперсия (Å/мм)	26.1	13.2	13.2	8.8

Камера спектрографа имеет оптическую схему Шмидта с кварцевой коррекционной пластиной. Изначально спектрограф был укомплектован тремя камерами. Длиннофокусная камера №1 из-за ее низкой эффективности и неприспособленности для работы с современными светоприемниками в наблюдениях не используется. Светосильная камера Шмидта (F/1.16) длительное время находится в стадии модернизации и также не используется в наблюдениях. Камера №2 (F/2.3) имеет оптическую схему Шмидта с коррекционной пластиной диаметром 405 мм и световым диаметром 700 мм. С помощью плоского зеркала пучок света выводится из камеры по углом 90° к ее оси и регистрируется на ПЗС-приемнике.

Рис. 6. Квантовая эффективность ПЗС-матрицы E2V CCD 42-90, используемой на ОЗСП.
Рис. 6. Квантовая эффективность ПЗС-матрицы E2V CCD 42-90, используемой на ОЗСП.

С 2010 г. для регистрации спектров используется ПЗС-система на основе чипа E2V CCD42-90 размером 2048×4600 элементов. Один элемент имеет размер 13.5 микрон. ПЗС-система изготовлена в Лаборатории перспективных разработок САО, фотоэлектрические параметры системы приведены в табл. 3, кривая ее чувствительности — на рис. 6.

Табл. 3. Фотоэлектрические характеристики ПЗС-системы на базе чипа E2V CCD 42-90.

Коэффициент преобразования, e-/ADU	Выход A	усиление = 1	1.92
		усиление = 4	0.462
	Выход B	усиление = 1	1.90
		усиление = 4	0.462
Шум считывания, e-	Скорость считывания 100 кпикс/с
	Выход A	усиление = 1	5.4
		усиление = 4	3.46
	Выход B	усиление = 1	3.70
		усиление = 4	3.0
	Скорость считывания 400 кпикс/с
	Выход A	усиление = 1	6.75
		усиление = 4	4.86
	Выход B	усиление = 1	6.45
		усиление = 4	4.82
Глубина потенциальной ямы, e-			118 000
Динамический диапазон		усиление = 1	32 000
		усиление = 4	20 000