CONTINGUTS TERICS
1. L'OBSERVACI ASTRONMICA
L'atmosfera terrestre. Qualitat de les imatges. Resoluci espacial, temporal i
espectral.
2. TELESCOPIS PTICS I RADIOTELESCOPIS
Formaci de la imatge. Tipus de telescopis. Suports. Interferometria.
3. DETECTORS
Caracterstiques generals. Sensibilitat espectral i eficincia quntica.
Fotmetres i espectrmetres. Cmeres CCD.
4. INSTRUMENTACI ESPACIAL
Satllits i sondes interplanetries. Telescopis espacials. Detectors de radiaci
X i gamma. Detectors de partcules i d'ones.
Pla focal
diafragma
selector
espectral
Objectiu
telescopi
enregistrament
DETECTOR
Pla focal
Selec. temporal
Selec. espacial
Resolucin espacial:
Se cuantifica determinando la distribucin de intensidad de la imagen
de un punto.
Point Spread Function: PSF (gausiana, etc) -Dos puntos estn separados si sus PSFs lo estn.
Line Spread Function (LSF)
(x,y) ruido adicional sistema f(,): objeto g(x,y): imagen
h(x,y; ,): PSF (x,y) ruido adicional sistema
MTF: Modulation Transfer Function
Relacin frecuencia input frecuencia output
Expresa la eficiencia del sistema en frecuencias espaciales
Mes simple: models de lnies
El poder de resoluci espacial est lligat al concepte de
Pixel: Picture element
El element de detector al cual es pot atribuir un nivell de senyal
determinat
Selector espectral Fixat per filtres, elements dispersors
Selector temporal Des de obturadors manuals (s) a dispositius electrnics (ms)
Selector polarimtric ,.. Dispositius optics. Lmines de lambda/4, lambda/2
Propietats dels detectors
Sensibilitat (senyal detectat / senyal incident) Linealitat (senyal detectat proporcional a senyal incident) Soroll detector i lectura (senyal espria)
Detectors
Ull hum Placa fotogrfica Fotomultiplicadors Semiconductors ...
Sensitivitat espectral
Relaci entre:
S() = Input()/Output()
Linealitat
Senyal incident
Senyal dete
cta
t
Relaci senyal / soroll (S/N , SNR)
Fotons estadstica de Poisson
e -K k r
P(r) =
k !
Nombre mitg darribades per unitat de temps: k r: nombre darribades per unitat de temps
Per a Poisson: RMS = k1/2
Relaci senyal soroll = seal dentrada/rms del senyal dentrada
S/N = N/N1/2 = N1/2
Eficincia quntica (QE)=
Fotons detectats/ fotons detector perfecte
Eficincia cuntica detectiva (DQE)= (S/N) in /(S/N)ou
Rang dinmic: diferncia nivell mxim i mnim detectats
Senyal:
- soroll estadstic Poisson
- soroll de fons (background)
- soroll del detector (corrent fosc, p.ex.)
- soroll de lectura (RON)
Selector espectral
Veure notes
UBVRI
Johnson (1965)
U: UG11/1mm+BG14/4mm
UG1/1mm+UK5/0.5mm+CuSO4
B: BG12/1mm+BG18/1mm+GG385/2mm
V: BG18/1mm+GG495/2mm
Strmgren & Crawford (1956)
Conjunt: ptica + filtre + detector filtre efectiu
+ conjunt destrelles a les quals sassignen unes magnituds
Senyal de sortida: s proporcional al nombre de fotons incidents
Senyal de sortida es relaciona amb la magnitud
Sistema fotomtric : ptica + filtre + detector + conjunt estrelles estndard
Fotografia (analgica)
Objectiu: registrar imatges. El mtode ms antic (registre permanent)
Placa vidre o plstic
Emulsi (gelatina + compostos de Ag: NO3Ag, BrAg,) eficincia quntica: 2-4%
emulsions normals sensibles al blau tamany del gra resoluci espacial
Formaci de la imatge (procs qumic complexe)
- imatge latent (ions Ag, capturen e- que han passat a la bdc en
absorbir un fot incident)
- els toms de Ag acten com a catalitzadors, es formen paquets dtoms de Ag - revelat (negatiu) (alliberamnet de ag dels compostos, dona lloc a
distribuci de grans de Ag, ms fosc ms llum)
- positivat
s: astrometria
fotometria
espectroscpia
espectroscpia (prisma objectiu)
Fotografia
Propietats:
- 2-dimensional
- placa/film es pot conservar
- capa dacumular energia - barat i fcil dutilitzar (no ordinadors, no electrnica)
- baixa sensibilitat (QE)
- velocitat baixa:
ull: 0.1 sec,
fotog.: 10, 100 sec
ms velocitat gra ms gran pitjor res. espacial - Tcniques complexes: hipersensibilitzaci
- Resposta no lineal. Difcil calibraci
Tipus de pel.lcula: 103 a, I, Ia III, IIIa Sensible al blau: O
Ortocromtiques (tallen el vermell): J,G
Pancromtiques (tot lespectre): D,E,F Infrarroig: N, Z
Fotoemissi: Fotomultiplicador
Dels anys 50
Sensibles a UV, ptic i IR proper
Baix soroll, alta freqncia en la resposta, fora lineals
Unidimensionals (s per a fotometria)
Eficincia quntica ~20%
-1100V -900V
-1000V
Fotmetres fotoelctrics
- Elements esencials: shutter, rodes de diafragmes i filtres,
Visualitzaci del camp.
- Fotometres: Mono bi y multiple channel
- Mesures destrella i fons
- Fotomultiplicadors: detectors rpids: p.ex. Per radiaci Cherenkov (CTA)
Fotoconducci (I)
Semiconductors
Per els slids cristal.lins la distribuci de nivells denergia dels electrons, dna lloc a dos bandes:
banda de conducci
Es: umbral fotoelctric (Si: 1,14 eV; Ge 0,67 eV)
banda de valncia
menor energia
fot incident amb energia > Es e- + forat
BdC
BdV BdV
BdC
BdV
BdC
Allants Semiconductors Conductors
1 eV 10 eV
E
Fotoconducci (II)
Semiconductors intrnsecs: un sol tipus datoms (p.ex : Si, Ge)
Semiconductors extrnsecs: un tipus dtoms + impureses (doping)
Fotoconducci (III)
Semiconductors tipus N: afegim p.ex. As (5e- de valencia)
a un semicond, p.ex Si, amb 4e- de valencia.
-Cada substituci deixa lliure un e-, que ocupa un lloc
prxim a la b. de conducci
-una petita excitaci els fa passar a la banda de conducci
La impuresa dona electrons.
Semiconductors P: Si dopem Si amb Al o In (3e- de valencia)
Hi ha captura delectrons de la xarxa per a fer el quart enlla. I queden forats amb energia propera a la banda de valencia.
Un e- daquesta banda pot passar a ocupar el forat. Hi ha conducci que depen del pas de forats des de la
banda de valencia
La impuressa accepta electrons.
BdC
BdV
BdV
BdC
Nivell donador
Nivell acceptador
Fotoconducci (IV)
Fotoconducci:
- Absorci dun fot per la xarxa - formaci de parelles e- -forat
- Lenergia del fot ha de ser > que la umbral. P.ex. Ha de ser = hc/Es Si: 1,14 eV, =1.1m Ge: 0,67 eV, =1.8 m InAg: 0.33 eV, = 3.8 m
- Lenergia umbral (la necessria per pasar a la BdC) es veu reduda per la recombinaci de e- -forats
- En semiconductors extrnsecs lumbral es ms petit (per que hi ha els nivells dacceptadors i de dadors)
- La temperatura influeix en el valor umbral
Diodo (Unin P -_N)
- Forats zona P, passen a zona N per difusi
- Electrons zona N, passen a zona P
- A la zona duni, forats i electrons
es recombinen, queda una estreta zona
de transici amb una distribuci de crrega
deguda a la presencia dels ions de las
impureses i a la absencia de forats i electrons.
- Queda crrega negativa a la zona P (- Q0)
- Queda crrega positiva a la zona N (+Q0)
- Es crea un camp elctrico que impideix la
difusi.
Diodo (Unin P -_N)
- Polaritzaci directa: es connecta + amb P
El camp creat E, soposa al E de la uni.
El diode afovoreix el pas de corrent
- Polaritzaci inversa: es connecta - amb P
El camp creat E, es suma al E de la uni.
El diode impideix el pas de corrent
E E
E
E
Fotoconducci: fotodiode
Semiconductor que funciona com un fotodetector
Uni dun p-n o dun p-i-n
- Es fa incidir la llum a la zona duni. Es crean parelles electr-forat - E augmenta el nombre delectrons lliures a la zona N i el de forats a la P - El potencial a travs de la uni depen de la quantitat de fotons rebuts
Funcionamn
Fotoconducci: fotodiode
Propietats
Ms rang espectral que els fotomultiplicadors
Barats, lleugers, resistents
Molt sorollos (objectes brillants)
Resposta ms lenta que fotomultiplicadors
s per a fotometria
bidimensionals
Funcionament
Polaritzaci inversa ( es crea regi buida de carga)
Desconnexi de la polaritzaci
Exposici (es generen parells)
Apareix dif. de pot.
Es torna a polaritzar (la quantitat de carga necessria per
a fer-ho depen del nombre de fotons incidents)
Fotoconducci: CCD
charge-coupled-device
semiconductors Si
rang espectral tpic 300-1100 nm
bi-dimensional
alta eficincia quntica
baix soroll
alta linealitat
s:
astrometria
fotometria
espectroscpia
Binning
Es un mtodo efectivo para reducir el RON
Combinar seales de pixels adyacentes antes de llegar al read-out
Reduce la resolucin angular
Reduce el tiempo de read-out
Binning 2*2
Tamany del camp
- Es una dificultat de les CCDs
- P.ex. ST-6 (SBIG) (Alella)
TC241 8.6 x 6.5 mm
375 x 242 pix (23 x 27 m) 7.6 x 5.7 arcmin (C14 52/mm)
- P.ex. ST-8 (SBIG) (Montsec)
Kodak KAF1603ME 1530 x 1020 pxels 1 pix: 9m X 9m RON: 15e-/pix, 16 bits
MEADE LX200 (f = 4064mm, D= 400mm)
10 x 16 arcmin
Tamany del camp
- Reductor de focal: sistema ptic per a redur la focal del telescopi
- Augmenta el camp. (E= 206265/f (mm) )
- MOSCA al CAHA 3.5m (f= 35000, f/10, E= 6/mm) MOSCA: reductor de focal + camara CCD + multius
reductor a f/2.7 f= 9450 E= 22/mm CCD: (2048 x 2048 pix) 15 m x 15 m 0.3/pix 2048 x 2048 11 x 11 arcmin
Tamany del camp (Mosaics)
MegaCam (CFHT: 3.6 m)
- Prime Focus
- WideField Corrector
- 40 CCD
- 2048 x 4612 pix
- 13.5 mum
- pixscale: 0.185/pix - Image size: 340 Mpix
Fotometria
Sloan (Digital Sky Survey)
2000-2008, 2008-14
- 2.5 m telescope (New Mexico)
- 1.5 sqdeg CCD camera
- 120 megapixel
- cel
- 950000 galxies
- estrelles
- 120000 QSO
- espectros a 640obj/field
Laica at 3.5m
- Mosaic de 2X2
4K * 4K CCDs
- FOV: 45 x 45 - 140 MB/file
Blu
e Ph
oto
meter C
CD
s B
lue P
hoto
meter C
CD
s
Red
Ph
oto
meter C
CD
s R
ed P
hoto
meter C
CD
s
Image motion
2
Radial Velocity
Spectrometer CCDs
2
Radial Velocity
Spectrometer CCDs
Astrometric Field CCDs
106 CCDs , 938 million pixels, 2800 cm2
104.26cm
42
.35
cm
Sky Mapper
CCDs
Telescopes, focal plane
Time-delayed integration (TDI)
4.4 s/CCD
106 CCDs that make up Gaia's focal plane. The focal plane measures 1 m 0.5 m.
Each CCD measures 6 cm 4.7 cm, with a thickness of only a few tens of microns.
They are operated in TDI mode with a TDI period of 982.8 s.
Pixel size along scan10 m (~ 58.9 mas) Pixel size across scan 30 m (~176.7 mas) CCD: 4500 x 1966 Total: 109
Operational temperature-115
Reducci Imatges CCD
Filtre B, WFC INT
Filtre V, WFC INT
Filtre z (880 nm) Tres CCD de costat: EE2V 13.5 mm 6144 x 4608
Nivell dinterferncies: 2.5 %
Mascara de Bayer
CMOS
APS active pixel
sensor
photodiode
CCD CMOS/APS
Eficincia resposta - +
Uniformitat resposta + -
Antiblooming si/no natural
Pixel/columna morta - +
Finestra + +
Rang dinmic + -
Obturador + -
Velocitat lectura - +
Soroll lectura - +
Consum energia + -
Flexibilitat operacions + -
Detectors infrarrojos
Brillantor del cel:
V = 22 mag/arcsec2
a 2m: 13 mag/arcsec2
Calen semiconductors especfics (energy gap mes petit)
InSb, PtSi, HgCdTe
NICMOS3 HgCdTe 256 X 256 arrefredat a 77 K
1.0 2.5 m Eficincia quntica: molt baixa 0.5%
HAWK-I (ESO, VLT): wide field cryogenic camera
4 RG 2048 x 2048 detectors (HgCdTe).
FoV: 7.5 x 7.5 arcmin, pixel: 0106
Observaci: lectura rpida + suma dimatges Chopping el telescopi treure el efecte del fons de cel
Top Related