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2025-10-06T19:16:48Z

Der Échelle-Spektrograph: Bezeichnung hinzu

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[[Datei:FraunhoferLinesDiagram.jpg|mini|Typisches Aussehen eines Échelle-[[Elektromagnetisches Spektrum|Spektrum]]s, hier von [[Sonnenlicht]]]]
'''Échellegitter''' sind spezielle [[Beugungsgitter]], die große [[Beugungseffizienz]]en in hohen [[Beugungsordnung]]en besitzen. Typischerweise nutzt man [[Blazegitter]] mit hohen Blaze-Winkeln von ca. 60–75°. Im Gegensatz zu herkömmlichen Beugungsgittern haben Échellegitter relativ wenig [[Furche]]n, für sichtbares Licht ca. 20–100 je Millimeter.

== Begriffsherkunft ==
Das Wort stammt aus dem Französischen: ''échelle'' = (Sprossen-)[[Leiter (Gerät)|Leiter]], [[Treppe|Stiege]]. Es gibt zwei Erklärungen für den Namen:
* Das Gitter selbst ähnelt einer Stiege, und
* die einzelnen Zeilen eines Échelle-[[Spektrogramm]]s sind parallel wie die Sprossen einer Leiter.

== Der Échelle-Spektrograph ==
[[Datei:Echelleprp.png|mini|Échelle-Spektrometer-Prinzip: Das erste Standardgitter ist nur für eine Ordnung optimiert (niedrige Ordnung, die nicht überlappt), wobei das Échelle-Gitter auch für einen Bereich optimiert ist (Blaze), der aber mehrere höhere Ordnungen enthält. Beide sind [[orthogonal]] montiert, so dass die unterschiedlichen Ordnungen getrennt werden und nur die optimierten Bereiche auf den [[Strahlungsdetektor|Detektor]] S treffen. Dabei kommen gleiche Wellenlängen auch in unterschiedlichen Ordnungen vor.]]
Nebenstehende Zeichnung zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Échelle-[[Spektrograph]]en.

Das Licht trifft von unten auf einen [[Optischer Spalt|Spalt]] mit nachgeschaltetem optischen Échellegitter ''G1''. Danach fällt das [[Dispersion (Physik)|Dispersion]]s<nowiki></nowiki>spektrum auf ein konventionelles Gitter ''G2''; der blaue und rote Pfeil deuten die Lage des Beugungsspektrums an. Das Échellegitter wird in hohen Beugungs-Ordnungen betrieben, die zum großen Teil aufeinander fallen; die Abbildung zeigt beispielhaft zwei Ordnungen ''O1'' und ''O2''. Tatsächlich mischen sich die Farben; würde man an dieser Stelle einen Schirm einfügen, so sähe man einen weißen Spektralfaden und nicht die [[Spektralfarbe]]n.

Das Gitter ''G2'' ist rechtwinklig zum Échellegitter ''G1'' orientiert und separiert die übereinander liegenden Beugungsordnungen, die das Échellegitter erzeugt hat. Die räumliche Aufspaltung durch ''G1'' setzt sich also in ''G2'' fort: statt eines kontinuierlichen Spektrums, das sich von oben (rote Linie) nach unten (blaue Linie) über den gesamten Schirm ''S'' ausbreitet, erscheint ein [[Spektralband]], das durch die Breite von ''G2'' begrenzt wird. Es markieren:
* der linke blaue Pfeil auf ''S'' den kurzwelligen Rand der Ordnung ''O1''
* der rechte blaue Pfeil auf ''S'' den kurzwelligen Rand der Ordnung ''O2''
* der linke rote Pfeil auf ''S'' den langwelligen Rand der Ordnung ''O1''
* der rechte rote Pfeil auf ''S'' den langwelligen Rand der Ordnung ''O2''.

Ein Échellespektrum besteht aus nahezu parallel verlaufenden Beugungsbändern. Mit zunehmender Ordnung werden die Beugungsspektren gestaucht, was zu einer Verkippung der Bänder auf dem Schirm führt. Die Zeichnung überhöht den Effekt. Wählt man zur Separation statt eines Beugungsgitters ''G2'' ein Prisma mit nichtkonstanter Dispersion, so verlaufen die Bänder auf dem Schirm nicht linear, sondern gekrümmt.

== Anwendungsgebiete ==
Échellegitter werden in der Astronomie gerne für die Aufnahme von [[Sternspektrum|Sternspektren]] mit hoher [[Auflösungsvermögen|Auflösung]] benutzt, weil ein hochauflösendes Spektrum mit einem sehr großen [[Wellenlänge]]n<nowiki></nowiki>bereich auf einmal erfasst werden kann.

Im Gegensatz dazu sind herkömmliche hochauflösende Beugungsgitter für einen relativ schmalen Bereich optimiert; außerdem wären sehr lange [[CCD-Sensor]]en oder mehrere nebeneinander angeordnete CCDs nötig, um das komplette Spektrum erster (oder zweiter) Ordnung zu erfassen. Beim Échelle-Spektrographen dagegen lässt sich das Spektrum mit einem vergleichsweise kleinen quadratischen CCD aufnehmen.

Échelle[[spektrometer]] erreichen bei kompakter Bauweise gute spektrale Auflösungsvermögen. Verwendet werden Kombinationen zweier (Beugungs-)Gitter, häufiger jedoch eines Gitters und eines [[Prisma (Optik)|Prisma]]s; das (erste) Gitter ist jeweils ein Échellegitter:
* Bei sequentiellen [[Monochromator]]en wird ein Prisma zur Vorauswahl des Wellenlängenbereiches verwendet.
* Bei [[Polychromator]]en werden die verschiedenen Beugungsordnungen mit einem zweiten Gitter oder einem Prisma zweidimensional in die Fläche projiziert. Als Empfänger werden kommerzielle [[Photoplatte]]n, [[Sekundärelektronenvervielfacher]] hinter Spaltmasken oder [[Halbleiter]]-Flächendetektoren eingesetzt.

Échellespektrometer werden häufig in der [[Analytische Chemie|Analytischen Chemie]] zur quantitativen und qualitativen Bestimmung von [[Chemisches Element|Elementen]] eingesetzt, speziell in der [[Atomemissionsspektrometrie #Optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES)|Optischen ICP-Emissionsspektrometrie (ICP-OES)]] und der [[Gaschromatographie]] (siehe [[Echelle-Plasma-Emissions-Detektor]]). Die gute spektrale Auflösung im [[UV|UV-Bereich]] ist in dieser Kombination besonders effektiv zur Auftrennung der linienreichen ICP-Spektren.

== Literatur ==
* Thomas Eversberg, Klaus Vollmann: ''Spectroscopic Instrumentation - Fundamentals and Guidelines for Astronomers.'' Springer, Heidelberg 2014, ISBN 3-662-44534-4

== Siehe auch ==

* [[Atomspektroskopie]]
* [[Virtually Imaged Phased Array|Virtually Imaged Phased Array (VIPA)]], hat ähnliche optische Eigenschaften wie ein Échellegitter, wird aber in Transmission betrieben
=== Weblinks ===

* [https://uni-tuebingen.de/index.php?id=4258 Institut für Astronomie und Astrophysik, Uni Tübingen: Das Echelle-Spektrometer]


{{Normdaten|TYP=s|GND=4306123-0|LCCN=sh94000043}}

[[Kategorie:Optisches Bauteil]]
[[Kategorie:Spektroskopie]]
[[Kategorie:Physikalisches Prinzip eines Optischen Bauteils]]

Echellegitter - Versionsgeschichte

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