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Echellegitter
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Echellegitter sind spezielle Beugungsgitter, nämlich Blazegitter mit Furchen, deren Blaze-Winkel sehr groß ist (ca. 60–75°), das heißt, dass das Licht sehr stark abgelenkt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Beugungsgittern haben Echellegitter relativ wenig Furchen (für sichtbares Licht ca. 20–100 je Millimeter). Daraus ergibt sich, dass Beugungsmaxima sehr hoher Ordnung (bis über 100) entstehen und daher eine bessere Auflösung als mit herkömmlichen Beugungsgittern zu erreichen ist.
Für ein Echelle-Gitter werden also bei gleicher gewünschter spektralen Auflösung weniger Gitterfurchen als bei gewöhnlichen Beugungsgittern benötigt. Durch den großen Blaze-Winkel und die tiefen Furchen ist die Produktion hochwertiger Echelle-Gitter trotzdem schwierig. Bild:Echelle Principle.svg
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Der Echelle-Spektrograph
Da sich bei einem Échellegitter viele Beugungsordnungen überlagern, muss zusätzlich ein Beugungsgitter oder Prisma mit geringer Auflösung verwendet werden, mit dem das Licht quer zur Ablenkung durch das Echelle-Gitter aufgespalten wird ("Querdispersion", engl. cross dispersion). Man erhält dann zweidimensionale Bilder, jede "Zeile" ist eine Beugungsordnung des Echellegitters und somit ein kleiner Teil des gesamten Spektrums. Der Spektrograph wird so justiert, dass in der Mitte jeder Zeile das Intensitätsmaximum des vom Echelle-Gitter reflektierten Lichts liegt. Nach außen zu nimmt die Intensität jeder Zeile ab; jedoch wird die selbe Wellenlänge dann auch mit der nächsten Beugungsordnung erfasst. Daher werden Spektrallinien, die am Ende einer Zeile liegen, in der nächsten Zeile am Anfang nochmals abgebildet.
Anwendungsgebiete
Échellegitter werden in der Astronomie gerne für die Aufnahme von Sternspektren mit hoher Auflösung benutzt, weil ein hochauflösendes Spektrum mit einem sehr großen Wellenlängenbereich auf einmal erfasst werden kann. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche hochauflösende Beugungsgitter für einen relativ schmalen Bereich optimiert; außerdem wären sehr lange CCD-Sensoren oder mehrere nebeneinander angeordnete CCDs nötig, um das komplette Spektrum erster (oder zweiter) Ordnung zu erfassen. Beim Echelle-Spektrographen lässt sich das Spektrum mit einem vergleichsweise kleinen quadratischen CCD aufnehmen. Echellespektrometer sind Messgeräte, die in der Analytischen Chemie zur quantitativen und qualitativen Bestimmung von Elementen eingesetzt werden.
Echellespektrometer erreichen bei kompakter Bauweise gute spektrale Auflösungsvermögen. Verwendet wird eine Gitter/Gitter-, häufiger jedoch eine Gitter/Prisma-Kombination. Als Beugungsgitter wird ein sogenanntes Echellegitter mit hoher Effizienz in hohen Beugungsordnungen verwendet. Bei sequentiellen Monochromatoren wird ein Prisma zur Vorauswahl des Wellenlängenbereiches verwendet. Bei Polychromatoren werden die verschiedenen Beugungsordnungen mit einem zweiten Gitter oder einem Prisma zweidimensional in die Fläche projiziert. Als Empfänger werden kommerzielle Photoplatten, Sekundärelektronenvervielfacher hinter Spaltmasken und Halbleiter-Flächendetektoren eingesetzt.
Echellespektrometer werden häufig in der Analytischen Chemie zur quantitativen und qualitativen Bestimmung von Elementen, im Speziellen in der Optischen ICP-Emissionsspektrometrie (ICP-OES) eingesetzt. Die gute spektrale Auflösung im UV-Bereich zur Auftrennung der linienreichen ICP-Spektren ist in dieser Kombination besonders effektiv.
Geschichte und Herkunft
Das Wort stammt aus dem Französischen: échelle = (Sprossen-)Leiter, Stiege. Es gibt zwei Erklärungen für den Namen: Das Gitter selbst ähnelt einer Stiege, und die einzelnen Zeilen eines Échelle-Spektrogramms sind parallel wie die Sprossen einer Leiter.
Siehe auch
Weblinks
- Institut für Astronomie und Astrophysik, Abteilung Astronomie: Das Echelle-Spektrometer
- Echelle-Spektrometer für die Laser-Emissionsspektrometrie an verzunderten Roheisenproben
- R.J. Krupa, E.R. Pereira, Ruling of an echelle grating, in: American Laboratory News, Jan 1999 Herstellung von Echelle-Gittern (PDF, englisch)
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