About the modal noise of optical fibers

[Christian Buil]

A page devoted to the problem of modal noise...:

http://www.astrosurf.com/buil/modal_noise/

Le bruit modal est une source de perturbation qui concerne potentiellement tous les utilisateurs de spectrographe qui est relié au télescope par une fibre optique. J'ai ouvert une page sur cette question :

http://www.astrosurf.com/buil/modal_noise/

Je vous suggère d'être vigilant (utilisateurs du spectrographe eShel avec un télescope plus fermé que f/5). Cela vaut la peine de faire un contrôle. Le remède si soucis, c'est l'agitation de la fibre. Le résultat avant et après dans mon cas :



Christian B

[Olivier GARDE]

Christian,

Est ce que le bruit concerne toute les longueurs d'onde ou au contraire est plus particulièrement sensible dans le bleu ?

Bon, ben je vais me fair un brasseur de fibre.

Suffit il de brasser la fibre sur une petite longueur disons 1m, ou au contraire de le faire sur plus long ?

Et à la BU de l’OHP j’avais trouvé un prototype d’un brasseur de fibre en LEGO :
http://www.not.iac.es/news/reports/annu ... nRep10.pdf
voir page 27

et une image un peu plus grande que sur l'article :
https://astroanecdotes.files.wordpress. ... ker_v1.jpg

[Christian Buil]

Olivier,

Lit bien ce que j'ai écrit, c'est plus visible dans le rouge que dans le bleu. Il peut aussi y avoir une dépendance à la fibre employé (contraste).
Je brasse sur une longueur de 1 à 2 mètres vers la fin (pas loin du spectro. Mais il y a un point d'optimisation à trouver, je reconnais que j'y suis aller fort (je suis loin du petit montage LEGO).

Avant de te lancer dans quoi que ce soit, fait absolument le test indiqué à la fin de la page. Tu dois bien avoir des séquences de spectres individuels sur des étoiles brillantes, c'est facile à faire et très informatif. Il serait utile que l'on échange tous là-dessus.

Christian

[Michel Verlinden]

Bonjour,
Un article récent (2018) examiner l'effet bénéfique d'un couplage d'agitation linéaire et circulaire d'une fibre sur le bruit modal. C'est ici: https://arxiv.org/pdf/1802.01642.pdf
D'autres techniques utilisées dans les spectrographes permettent de réduire le bruit modal, efficaces pour des sources brillantes, comme discuté là: https://arxiv.org/abs/1403.1577. Des réducteurs de speckle sont cités dans l'analyse comme https://www.optotune.com/products/laser ... e-reducers.
Est-ce une solution adaptable aux sources que sont nos cibles astronomiques et à un spectro eShel ?
Cordialement,
Michel Verlinden

[Christian Buil]

Michel, je ne connaissais pas le premier article que du indique. Intéressent. Ils insistent bien sur l'aspect chaotique des mouvements et aussi l'inter d'une large amplitude. C'est très proche de ce que je fais.

Les seconds papiers évoquent un système permettent de réduire le bruit modal dans des sources d'étalonnage spectral plus ou moins cohérentes. C'est un problème que je connais par mon boulot, mais malheureusement, ce n'est pas utilisable avec la lumière d'une étoile, qu'on ne peut diffuser sous peine de perdre tout signal.

Christian

[Olivier GARDE]

Christian,

Je suis en train de faire la manip avec 2 étoiles lumineuses à des hauteurs différentes dans le Ciel :
- Del Sco (hauteur 21°)
- Gam Cas (hauteur 60°)

Pour chacune, j'ai posé des temps de poses unitaire assez faible <60s mais j'en ai beaucoup (plus de 20 poses sur chaque objet)

Comme cela, je me dit que la turbulence à faible hauteur peut introduire un biais dans les mesures car le centrage de la cible sur le fibre peut être plus aléatoire.

J'envoie les données dés que possible (c'est un peu long à faire).

Pour la mesure du RSB, je prend donc l'ordre 34 (H Alpha et je prend la zone à gauche du pic H Alpha, le continuum donc).

[Christian Buil]

Note qu'il y a une autre possibilité, faire tout simplement la manip sur des spectres de la lampe tungstène (continuum donc). Pas besoin d'étoile, même si c'est moins rigoureux car on n'a pas la même ouverture du faisceau qu'avec un télescope. Le système d'éclairage interne de la bonnette produit l'équivalent d'un faisceau proche de f/7 d'après mes mesures.

Donc pour résumer, en sommant une séquence de n=2, 3, 5, 6,...12, 20, on peut déjà avoir une idée si on a une loi en racine de n.

Christian

[Olivier GARDE]

OK Christian, je vais faire 3 manipes :
- Sur Del Sco
- Sur Gam Cas
- Sur mes tungstènes

[Olivier GARDE]

SNR test with Del Sco data with classic eShel spectrograph + CCD ATIK 460ex in bin 2x2, classical fiber 50 µm(non HI OH).
Del Sco was low in the sky during acquisitions (21 degrees above horizon)

Un test de SNR avec des spectres de Del Sco réalisé avec un eShel classique + CCD ATIK 460ex in binning 2x2 et une fibre classique (non HI OH) de 50µm.
Del Sco était très basse pendant les acquisitions (21 degrés au dessus de l'horizon)

Here's the table result : Nominal SNR gain is the theoric SNR gain, all SNR was measured with ISIS

Voici le tableau des résultats : Nominal SNR gain est le gain théorique, tout les SNR ont été mesurés avec ISIS



And the resultant curve

Et la courbe résultante



Del Sco SNR curve is below the theoretical curve and moreover tends to remain constant beyond 15 exposures. So doing 27 exposures or just 15 adds nothing more to the SNR and this on all wavelengths as can be seen on the following 3 graphs:

On constate que la courbe du SNR de Del Sco est en dessous de la courbe théorique et de plus à tendance à rester constante au delà de 15 poses. Donc faire 27 poses ou seulement 15 n'apporte rien de plus au niveau du SNR et cela sur toute les longueurs d'onde comme on peut le voir sur les 3 graphes suivants :







Next step for me : try a fiber scrambler to improve the SNR...

Prochaine étape pour moi : essayer un brasseur de fibre

[Christian Buil]

Dans le même esprit que ce que tu présente Olivier, mais en travaillant avec la source d'étalonnage tungstène de eShel (en fait avec une lampe 4700K distincte du boitier d'étalonnage), ce qui permet de faire un travail statistique plus simplement. Voici les fonctions de blaze pour le rouge (ordre 35) et pour le bleu (50) suivant que l'on agite ou pas la fibre (affichage des fichiers blaze_35.dat et blaze_50.dat généres par ISIS) :



Voici comment progresse le rapport signal sur bruit dans ces diverses situations :



On remarque que dans le rouge, sans agiter la fibre, il ne sert à rien d'ajouter plus de 3 ou 4 spectres lorsque le bruit de signal domine (ici le signal est fort, bien sur, si on observe un objet faible, le bruit du détecteur étant dominant, il est rentable d'ajouter plus de spectres). Il est efficace d'agiter, mais on n'arrive malgré tout pas un SNR nominal (dans le bleu on s'en approche). Il subsiste une part de bruit modal qu'on ne semble pas pouvoir éliminer en secouant. Il n'est pas exclu que le résultat dépende de la nature de la fibre employée (j'ai peu constater des disparités).

Christian