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플라스틱 회절 격자 단점

17 Jul 2026

저렴이 무슬릿 분광기에 대한 기록은 이전에 했었다.

이전 글 : 값싼 무슬릿 분광기

CCD를 연결하여 장노출 저분산 스펙트럼을 해보려고 했는데...

날씨가 너무나 습하구나... 낮은 구름도 많고

의미있는 데이터는 아니지만 기록용으로 ㅎㅎㅎ

알타이르

AT65EDQ(front mask 40mm), slitless spectrograph, Atik 460EX

20초 1장

베가, 20초

아크투루스, 40초

데네브, 40초

사드르, 40초

여기까지는 항성 스펙트럼이고....

성운 스펙트럼은 소형 망원경으로 무리임. 날씨도 안좋으니 촬영 시간도 안나오고요.

어쨌든 300초 한장을 찍어봤다. 가이드가 없으니 당연히 적경 방향(사직 위쪽)으로 오차가 나타났다. 그런데 푸른색으로 칠한 부분을 잘 보면 가로 방향으로 별이 2개로 보인다. 회절격자 분산 방향과 비슷한 방향으로 2개씩 보인다면 분광 해상도에 나쁜 영향을 준다는 얘기.

이건 아마도 플라스틱 회절 격자면이 구불구불하여 생긴 문제인 것 같다.

흠.... 심각한데.

유리면 회절 격자로 바꿔야곘는데.... 적당한 크기로 자르는 게 너무 어려울 것 같고~

광량을 생각하면 블레이즈된 투명 회절 격자가 좋을 것 같은데... 저분산 분광기에 너무 많은 일과 열정이 들어가는 것 같아 썩 내키지 않는다.

광섬유 유도 연습

16-22 Jul 2026

광섬유를 이용하면 망원경과 분광기를 분리하여 설치할 수 있다.

이번 테스트의 목표는 태양 빛을 실내로 옮겨와서 관측해보자는 것.

태양 빛을 실내로 옮겨와서 "G형 인공별"을 만들고 분광기로 촬영해본다. 빛을 모으는 부분은 별도의 수광 장치없이 케이블 끝이 직접 하늘(태양)을 향하도록 했다.

0. 제원

플라스틱 광섬유(POF; plastic optical fiber)로 구입했다.

PMMA소재, 1코어, 굵기 1mm, 길이 10m, 클래딩(외부 피복) 포함 굵기 2.2mm

가격은 3만원대 초반

광섬유 내부에서는 여러번의 전반사가 일어나기 때문에 '공간 정보'는 모두 사라진다. 시간차 위상차가 발생하기 때문이다.

그렇지만 '분광 정보'는 왜곡이나 쉬프트 없이 대부분 전송된다. 코어 소재로 쓴 PMMA의 분광 특성은 아래와 같다.

출처 : 아사히 카세이

https://www.asahi-kasei.co.jp/ake-mate/pof/en/technology/principle.html

가시광선 전 범위에서 좋은 투과성을 보인다. 파장에 따른 편향도 적은 편이다. 그러나 550nm 부근에서 매우 얕고 넓은 흡수대역, 620~640nm 범위에서 깊고 넓은 흡수대역이 존재한다. 이 사실은 실험한 결과를 확인하는 과정에서 알게 되었다.

1. 점 모양 인공 별

빛을 내보내는 부분은 실내에 두고 박스에 작은 구멍을 뚫어 고정했다. 빛이 나오는 부분을 작게 하기 위해 0.2mm 지름의 타공이 있는 금속판(미세타공 샤워헤드)으로 마스킹 했다. 박스의 안쪽 면에 무광 테이프를 붙여 배경을 어둡게 했다. 이 'G형 인공별'로부터 약 5m 거리에 소형망원경(FS60CB)과 무슬릿 분광기(300라인/mm, 8도 경사), CCD카메라(Atik 460EX)를 연결했다.

흡수선이 나타나기는 한데, 단파장에 초점을 맞추면 장파장은 맞지 않는다.

망원경의 조리개를 조이면 파장 맞는 범위가 조금 더 넓어지고 위아래로 퍼진 부분이 줄어들지만 SNR이 높아지지는 않는 것 같다.

2. 얇은 틈 인공 별

광섬유 양쪽 끝을 부드러운 사포로 갈아보았다.

인공별 앞에 작은 슬릿을 두어 빛이 더 가늘게 나오도록 바꾸었다.

망원경을 바꾸고(AT65EDQ) 구경 40mm가 되게 전면 마스킹했다.

카메라는 픽셀 사이즈가 작은 CMOS 카메라(178MM)로 바꾸었다. 라이브뷰가 빨리 되니까 편리하다.

수광단(좌)은 직접 하늘을 보도록 두었다. 출력단(우) 앞에 슬릿을 붙여 폭을 줄였다.

망원경-무슬릿분광기-카메라를 연결하여 촬영

촬영 결과 크롭

광섬유 끝을 폴리싱한 게 효과가 있는 것 같다.

구름이나 하늘보다 태양을 직접 보게 설치하면 훨씬 더 뚜렷하다.

별도의 수광장치는 필요없다. 태양 빛은 이미 충분히 강하다.

결론

POF로 낮에 인공별 역할을 할 수 있다.

태양의 분광 정보도 왜곡 없이 그대로 사용할 수 있다.

개선

광섬유 인공별 거치대 ㅎㅎㅎ. 위쪽은 지름 0.1mm 작은 구멍, 아래는 슬릿

Schneider Componon-S disassemble

2026-03-20

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분광기에 사용할 콜리메이터와 포커서(카메라 결상) 렌즈로 Schneider Componon-S를 선택했다.

이 렌즈는 원래 확대기용 렌즈인데 선예도가 좋고 왜곡이 없어 매크로용 렌즈로 쓰이기도 한다. 확대기 렌즈 쪽에서는 매우 성능이 뛰어난 렌즈로 알려져 있다.

componon-S 여러 버전 중 4군 5매 광학 요소를 가진 버전이다. 가장 최근은 4군 6매이다.

그런데 이게 분광기에도 딱이다. 필름을 인화지에 전사하는 목적으로 설계되어 있어 평면을 평면으로 정밀하게 투사할 수 있다. 분광기에서는 슬릿을 회절격자로, 회절격자를 센서로 투영시기 때문에 평탄성이 높은 렌즈가 필요하다.

아래 사진은 Sol'Ex 분광기에 APS-C 센서를 연결하여 찍은 것이다. 가장 자리에 초점이 맞았으나 중심부에서는 초점이 맞지 않았다. 광학 부품이 가진 상면 만곡 수차 때문이다.

저분산 분광기에서는 센서 전체(넓은 파장 범위)에서 초점이 동시에 맞아야 하기 때문에 Sol'Ex에 사용된 렌즈(더블렛)와 달리 수차 제어가 잘 된 렌즈가 필요하다. 일반 사진용 렌즈는 광학요소가 많고 포커스와 조리개 기능이 들어가 크고 무겁다. 또, 무한대 물체에 대한 평탄성은 좋지만, 근거리 물체에 대한 평탄성은 보장할 수 없다. 분광기에서는 렌즈 자체적인 포커스 기능과 조리개 기능이 필요없다.

확대기용 렌즈가 이 점에서는 좋은 역할을 할 것으로 기대된다.

내가 구입한 렌즈는 2개인데, 콜리메이터는 80/4로 유효구경 20mm 중 약 13mm 정도만 쓸 예정이다. 포커싱 렌즈는 50/2.8을 쓴다. 이렇게 되면 실제 슬릿과 슬릿의 상(찍히는 부분)의 비율이 80/50으로 축소된다. 이렇게 하면 선예도를 높이고 더 넓은 파장 범위를 커버할 수 있으며, 저분산 분광기에서 요구되는 조건이다. 최근에 나오는 작은 픽셀의 카메라에 더 잘 대응하는 방향이라고 생각한다.

그런데 이 렌즈는 유효 구경에 비해 렌즈 하우징이 크다. 분광기 내부에 넣기에는 기구 배치가 나빠지고 결국 공간이 낭비된다. 또 불필요한 무게 증가도 따라온다.

이미지 출처
https://deltalenses.com/product/schneider-componon-s-50-2-8-14849/

렌즈 하우징에서 광학적으로 딱 필요한 렌즈 셀만 드러내면 좋겠다. 안되면 버릴 생각으로 분해를 시도했다. 그런데 이게 생각보다 쉽고 깔끔하게 분리된다.

Schneider Componon-S 80/4 disassemble

(1) 확대기 렌즈는 입구가 큰 쪽이 "뒤쪽"이다. 이 부분을 위로 가게 놓고, 필터용 렌치로 가장 바깥쪽의 홈에 맞추고 풀면 조리개 조정용 링과 "뒤쪽" 렌즈 셀이 분리된다.

이 렌즈 셀에 렌즈 3장이 들어 있는 것 같다. 렌즈 상태가 깨끗해서 더 이상 분해하지 않았다.

(2) 내부 조리개 제거 과정

가장 큰 스냅링을 푼다. 내벽에 설치된 조리개 레버는 굳이 분리하지 않아도 된다. 조리개 레버를 분리하려면 금속 링을 먼저 제거하면 2개의 반원형 부품으로 해체된다.

조리개 아이리스 부분은 작은 스냅링으로 고정되어 있다. 이것을 빼고 커버를 들어내면 조리개 블레이드를 제거할 수 있다. 분광기에서는 필요 없으므로 모두 제거했다. 조리개 레버와 연결되는 고리도 제거한다.

(3) "앞쪽" 미러셀 분리

앞쪽 미러셀은 그냥 돌리면 분리된다. 80/4의 경우 필터용 렌치로 고정링을 먼저 풀어야 렌즈셀이 분리되었다. 50/2.8의 경우 렌즈 셀이 더 작아서 렌즈셀을 돌리기만 해도 바로 분리되었다. 필터용 렌치로 고정링을 풀면 플라스틱 부품들이 쉽게 분리된다.

3개의 볼트를 풀면, 앞서 분리한 2개의 렌즈 셀을 잡아주는 가운데 부품을 들어낼 수 있다.

(4) 렌즈 셀 재조립

2개의 렌즈 셀은 모두 가운데 부품에 끝까지 돌려서 조립하면 된다. 렌즈를 분리하기 전에도 앞쪽과 뒤쪽의 렌즈 셀은 별도의 스페이서나 거리 유격 없이 가운데 부품에 나사산 끝까지 돌려 고정되어 있었다.

조리개 레버가 나와 있던 부분 때문에 옆구리가 뚤려 있는데 이곳으로 빛이 샐 수 있어 조리개 블레이드를 덮고 있던 커버와 스냅링을 다시 넣어 주었다.

"앞쪽" 렌즈셀과 가운데 튜브 부품 사이에는 M39 마운트를 넣고 고정할 수 있게 되어 있는데 이 두께가 2.0mm이다. 분광기 내부에 렌즈를 고정하려면 마운트가 필요한데 마침 이 부분이 있어 좋다. 두께 2mm의 브라켓 같은 것만 만들어서 끼우면 되니까 렌즈 고정 방법 가지고 고민하는 수고를 덜었다.

(5) 앞쪽 렌즈셀에 약간의 곰팡이가 있어 분해했다. 다행히 잘 제거됨.

(6) 80/4 렌즈 셀만 분리하면 사이즈가 이러하다.

Schneider Componon-S 50/2.8 disassemble

같은 방법으로 해체하고 분해 과정을 타임랩스로 찍었다.

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Componon-S 50/2.8과 80/4 렌즈 셀 크기. 각각 원래 렌즈 뭉치보다 훨씬 작아졌다.

분광기에서 회절격자와 포커싱 렌즈 사이의 거리는 가급적 가까워야한다. 그래야 광량 손실을 막을 수 있고 파장의 커버리지도 넓어진다. 렌즈 하우징의 크기가 줄어드니 렌즈 셀을 회절격자에 훨씬 더 가까이 가져갈 수 있다. 아래 그림에서 위쪽 렌즈가 콜리메이터, 아래쪽 렌즈가 포커싱렌즈이다. 아래 그림에서 콜리메이터(위쪽 렌즈 뭉치)를 더 오른쪽으로 이동시켜도 된다.

렌즈 뭉치 자체에 포커싱 기능이 없으므로 선형 레일에 마운트하거나 헬리컨 포커서 내부에 삽입하여 미세하게 조정할 수 있도록 설계해야 한다.

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신형 Componon-S 렌즈 외형 규격은 아래와 같다. 버전에 따라 약간 다를 수 있다.

아래는 렌즈 셀 분리후 실측을 한 결과이다. 측정 오차가 좀 있을 수 있다.

전방, 후방으로 무한대 초점 위치를 체크해 보았다.

4/80 렌즈는 초점길이의 합이 정확히 160mm가 나왔고 기준 위치는 조리개(아리리스) 블레이드가 있던 위치와 거의 일치한다.

2.8/50 렌즈는 초점 위치가 약간 다르게 나왔는데 측정 오차일 수도 있다. 전후방 각각 무한대 초점 길이의 합은 거의 100mm로 나오고 역시 기준 위치는 조리게 블레이드가 있던 위치와 거의 일치한다.

분광기 설계를 할 때 렌즈 중심 위치는 이 측정에 따라 설계하고, 렌즈의 위치 조정은 선형 레일에서 ±2mm 정도만 움직이도록 할 예정이다.

Sol'Ex + 편광자기계 프로젝트 시작

2026-03-01

태양 마그네토그래프를 작성해보는 새로운 프로젝트 시작.

위 사진은 예시 목표. 출처 위키.

(1) 프로토 타입 제작

갖고 있는 재료를 어찌 어찌 조합해서 적용해보자.

① 선형 편광자 (Polarizing Plate)

일단 프로토 타입에서는 유리 접합 폴리머 선형 편광자를 사용하자. 전/후방 구별이 있는 편광자라서 입사 방향을 잘 선택해야한다.

C-마운트 어댑터를 이용하여 고정해 보았다. 투과 진동 방향이 잘 보이도록 표시했다.

이렇게 마운트한 편광자를 M42*0.75 어댑터에 연결했다.

튜브 내부의 반사가 많군.... 쩝

② 1/4 파장 지연판( QWP; Quarter wavelength plate)

석영 재질의 0차 1/4λ 지연판이다. 적용 파장은 633 nm 용이다. 특정 방향(slow axis)에서 파장이 158.25 nm 지연되도록 만든 투명판이다. 원편광이 이 판을 통과하고 나면 선편광으로 변한다. 이렇게 만들어지는 선편광의 방향은 fast 축과 slow 축 사이의 45˚ 방향이 된다. 좌/우 원편광이 QWP를 통과하면 각각 +/- 45˚(또는 -/+ 45˚)의 선편광으로 구별되기 때문에, 뒤따라 오는 편광자에 의해 차단되거나 선택되게 할 수 있다.

따라서 QWP는 세 개의 방향으로 조절될 수 있어야 한다.

[ +45˚ / 0˚ / -45˚ ]

작은 필터 마운트에 임시로 접착해보았다. 45˚씩 돌릴 수 있도록 둘레에 표시를 해주었다.

이것도 M42*0.75 어댑터에 연결했다.

QWP에 표시된 "fast" 축 표시가 PL의 진동 투과 방향(0˚)과 일치할 때를 "0˚"라고 하고 좌우 45˚에 맞출 수 있도록 표시를 해두었다.

③ 크기 문제

QWP와 PL의 위치는 슬릿 앞쪽 59mm 정도에 올 것 같다. 더 짧게 하면 좋지만 가이더가 있어서 어쩔 수 없다. 초점 길이 400 mm 정도의 소형 광학계를 사용하고 슬릿 길이 10mm를 생각했을 때, QWP와 PL의 최소 구경은 18mm를 넘어야 한다.

④ 모듈로 만들기

Sol'Ex 분광기에 결합할 수 있도록 튜브에 고정했다.

이 방식은 계속 쓸 방법은 아니다.

QWP의 방향을 바꾸려면 망원경에서 분리한 후 다시 결합해야하는데, 그러면 초점도 다시 맞춰야하고 분광기 회전도 발생하기 때문이다.

최종 버전에서는 다음 조작을 망원경 분리 없이 직접 할 수 있어야 한다.

QWP - 4 가지 선택: 제거 / 기준 위치 / +45도 회전 / -45도 회전

PL - 4 가지 선택: 제거 / 기준 위치 / +45도 회전 / - 45도 회전

(2) 테스트 샷 - 파장 찾기

자기장에 민감한 흡수선은 따로 정해져 있다.

민감도가 가장 뛰어는 선은 5250.5Å이지만 QWP의 작동 파장과 차이가 100Å이상 되기 때문에 편광도가 몇 % 떨어진다.

QWP의 작동 파장 633 nm와 가장 비슷하면서 민감한 선은 다음 두 가지다.

6173Å

6302Å

① 흡수선 찾기

레퍼런스와 대조해야만 찾을 수 있다.

슬릿은 또 왜 이렇게 더러운지.

② 흑점에서는?

흑점에서는 이들 흡수선이 굵게 나타나기는 한다. 그렇지만 '세 가닥'으로 나누어졌다는 느낌은 없다.

③ 초점 위치는?

초점 위치는 조금 변화한다. 모듈을 제거하고 SHG로만 사용하려면 연장 링을 추가하고 초점을 다시 맞추어야 한다. 현장에서 모듈을 제거하고 연장 링을 추가하는 이런 조작은 아주 불편하다. 향후 반드시 개선해야할 사항.

◀ 여기까지 진행. 앞으로 계속 됨 ▶

Sol'Ex 슬릿 청소

2026-02-28

처음엔 알콜 솜으로 닦고 면봉으로 눈에 보이는 먼지를 다 제거... 했다고 생각했는데, 안시로 관찰해보니 처참하다. 원래보다 더 심각해짐.

다시 세척.

슬릿 뒷면(금속 코팅면)을 면봉에서 세제를 묽게 묻혀 부드럽게 닦아내고 깨끗한 물로 헹군 후 잔여 물기는 털어서 제거했다. 물방울이 남지 않도록 하려고 서 너 번 시도한 것 같다. 앞면(유리면)도 같은 방법으로 세척한 후 물기를 밀어내기만 했다. 안시 세팅으로 관찰해보니 이야~ 깨끗하다!!

비교 샷. 왼쪽은 청소 전, 오른쪽은 청소 후

은퇴하면 태양 관측소 만들어볼까

2026-02-28

LA에 갔을 때 그리피스 천문대를 갔던 기억이 난다.

태양 관측소 정면에 커다랗게 투영된 태양의 광구! 액자에 전시된 모양이었지만 실시간으로 투영된 것이었다. 광학적으로 투영된 거.

태양 빔을 분기하여 고분산 스펙트로스코프(분광 안시 관측)도 충격이었다. 테이블에 설치된 휠을 돌리면 수많은 흡수선들이 무지개 속에서 헤엄치듯 스르륵 지나갔다. 내가 가진 Sol'Ex와 같은 소형 분광기로 지금은 언제든 볼 수 있는 장면이지만 일반인들에게는 새롭고 신비로운 경험임에 틀림없다.

테슬라 코일과 주기율표 원소 샘플도 훌륭한 전시물이다.

우연히 그리피스 천문대 태양 관측소의 면면을 보여주는 영상을 보았다.

그리피스 천문대 홈페이지로 가서 다시 보니, 그때 가졌던 의문 - "태양 추적을 하면서 건물 내부의 일정한 포인트로 태양 빔을 투사할 수 있구나. 어떻게 하는 거지?"이 떠올랐다.

그리피스 천문대 태양 관측소

바로 Coelostat 장치였다.

챗GPT와 몇 마디 대화를 나눠보고 생각해보니 원리 자체가 복잡하지는 않다. 간단한 기하학과 계산을 적용하면 기구적으로도 구현이 어렵지 않아보인다. 물론 그리피스 천문대의 coelostat 장치처럼 3개의 빔을 이용하여 건물 자체를 분광기의 하우징으로 사용한 대범함은 정말 대단하다. 그 수준까지는 어려울 수 있다.

기하학적 단순함을 최우선으로 생각하면 아래와 같이 2개의 평면 거울로 coelostat을 구현할 수 있다.

(1) 자오면 단면에서 구조

M1, M2는 모두 평면 거울이다. M1에서 반사된 빔은 수평으로 M2에 입사한다. M2는 바닥 중심에 수직으로 빔을 보낸다. M1의 aperture가 원형이면 바닥으로 들어가는 빔은 타원이 되므로 iris를 두어 원형 빔으로 정돈하면 된다. 태양광 자체가 결맞음이 없는 빛다발이므로 이런 조치는 아무 문제가 되지 않는다.