special - Carl Zeiss

Bild 4:
Schematische Darstellung
eines Datenkubus,
der durch Umordnen der
aus dem CCD-Bild extrahierten
Spektren generiert
werden kann: als Resultat
erhält man einen Würfel
mit zwei Ortskoordinaten
und einer Wellenlängenachse.
Den Kubus kann man
als Stapel von Bildaufnahmen
über das im Linsenarray
abgetastete Gesichtsfeld
betrachten, die alle bei
unterschiedlicher Wellenlänge
belichtet wurden.
Bild 5:
Schnittbild der PMAS
Spektrographenoptik
(unten: das Gesamtsystem
in der von Kollimator- und
Kameraachse aufgespannten
Dispersionsebene; oben:
Kollimatorobjektiv in einem
Schnitt senkrecht dazu).
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Das Potsdamer
Multi-Apertur
Spektrophotometer
Mit der Konzeption für das erste AIP-
Instrumentierungsprojekt startete ein
ambitioniertes Projekt, das nichts weniger
anstrebte, als den Bau des weltweit
leistungsfähigsten 3D-Spektrographen
im Spektralbereich vom nahen
UV (350 nm) bis zum nahen IR
(1000 nm), d.h. im dem spektralen
Fenster, innerhalb dessen die Atmosphäre
für bodengebundene Beobachtungen
durchsichtig ist. Gleichzeitig
wurde eine optimale Sensitivität
angestrebt, um das Instrument für
die Beobachtung schwächster Quellen
konkurrenzfähig zu machen. Für das
optische System konnte nur Hochleistungsoptik
in Frage kommen (Anforderungen
siehe Kasten). Partner für
die Entwicklung der Optik des PMAS
Faserspektrographen, der als die zentrale
und wichtigste optische Baugruppe
das Gesamtverhalten des Instruments
dominiert, war Carl Zeiss.
Das Optikdesign des Faserspektrographen
(Bild 5) entwarf Uwe Laux, Weimar.
Das Startdesign beruhte auf der
Annahme von Katalogangaben wie
Brechzahl und Linsenradius. Eine dreistufige
Optimierung erfolgte im Zuge
der Materialbeschaffung sowie Fertigung
und Integration des Systems:
Nach der Beschaffung der von
SCHOTT gelieferten optischen Gläser
wurde mit den individuell für jeden
Rohling gemessenen Schmelzenbrechzahlen
eine Schmelzenrechnung
durchgeführt. Schließlich wurde nach
Herstellung und Prüfung der Einzellinsen
mit den gemessenen Ist-Radien
und Dicken eine dritte Optimierung
durchgeführt, in der durch Anpassung
der Schnittweiten, also eine mechanische
Nachoptimierung, die kritischen
Systemparameter auf optimale
Werte eingestellt wurden.
Der geplante Einsatz am Teleskop
erhöhte die Anforderungen an PMAS
nochmals. Wichtig war hierbei der
Erhalt der spezifizierten Bildstabilität
unter beliebigen geometrischen Lagen
(Schwenken des Teleskops) sowie
in dem extrem weiten Temperaturbereich
von -20 ° bis +20 ° C. Das
schließlich von Carl Zeiss hergestellte
und komplett integrierte System besteht
aus einem refraktiven Kollimator-
und einem refraktiven Kameraobjektiv.
Profitiert hat das Projekt im
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besonderen Maße von der Erfahrung
im Bau von Apochromaten für astronomische
Refraktorobjektive, vom
Know-how in der Herstellung von
Asphären und von lithographischen
CaF 2-Objektiven. Im Ergebnis wurde
1999 nach einer umfangreichen Prüfserie
(Bild 6, 7) ein System ausgeliefert,
das als weltweit einmalig gilt
und mit der Entwicklung von PMAS
eine kritische Komponente mit exzellenten
Leistungsdaten zur Verfügung
stellt.
Einsatz am Calar Alto
Observatorium
Im Mai 2001 wurde PMAS am 3,5 m
Teleskop am Calar Alto Observatorium
erstmals zum Einsatz gebracht
(Bild 8). Dieses vor 30 Jahren von Carl
Zeiss entwickelte Teleskop verkörpert
noch heute einen bedeutsamen technologischen
Entwicklungsschritt insofern,
als hier zum ersten Mal die von
Schott eigens für die Astronomie entwickelte
Glaskeramik ZERODUR zum
Einsatz gekommen ist – ein Paradebeispiel
für einen erfolgreichen Technologietransfer
aus der Grundlagenforschung.
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Innovation 16, Carl Zeiss AG, 2005