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Lexikon der Optik: Gitteraufstellung

Gitteraufstellung (engl. mounting), das einem bestimmten Typ eines Gitterspektralapparates zugrunde liegende Konstruktionsprinzip. Eintrittsspalt, Linsen bzw. Konkavspiegel, Gitter und Austrittsspalt bzw. Empfängerfläche für das Spektrum müssen so angeordnet werden, daß eine Änderung der Wellenlänge (bzw. auch der Gitterordnung) eine möglichst geringe Verschlechterung der Abbildungsbedingungen zur Folge hat.

1) Plangitteraufstellungen. Unter Littrow-Aufstellung eines Gitters versteht man eine solche Orientierung des Gitters zum einfallenden Licht, daß das Licht der gebeugten Ordnung dem einfallenden Licht (aus praktischen Gründen meist nur nahezu) entgegenläuft.

Häufig angewendet wird die Czerny-Turner-Aufstellung (M. Czerny, A. F. Turner 1930). Das vom Eintrittsspalt kommende Licht wird durch einen ersten Spiegel in ein kollimiertes Bündel verwandelt, das am Gitter gebeugt und mittels eines zweiten Spiegels auf den Austrittsspalt fokussiert wird (Abb. 1). Das austretende Licht besitzt dann eine bestimmte Wellenlänge, die durch Drehung des Gitters verändert werden kann. Die Anordnung wirkt somit als ein Monochromator. Von einem Polychromatorbetrieb, wie er beim Gitterspektrographen vorliegt, spricht man, wenn die Drehung entfällt und an die Stelle des Austrittsspaltes eine Photoplatte oder ein Photodiodenarray tritt. Dann werden auf der Photoplatte gleichzeitig nebeneinander die verschiedenen Spektralfarben abgebildet. Die zweckmäßige Wahl der Krümmungsradien der Spiegel sowie der Gitter- und Spiegelorientierungen gestattet eine Kompensation der Koma und gute Abbildungen bei hohem Lichtleitwert. Bei der Ebert-Fastie-Aufstellung (H. Ebert 1889, W. G. Fastie 1952) wird anstelle der in Abb. 1 gezeigten zwei Spiegel ein gemeinsamer Konkavspiegel verwendet.

2) Konkavgitteraufstellungen. Bei klassischen Aufstellungen wird ein Rowland-Gitter auf dem Rowland-Kreis (korrigierte Konkavgitter) angeordnet. Sie zeigen verschwindende Koma und Defokussierung, also gute Auflösung, aber Astigmatismus. Durch mechanische Mittel wird gewährleistet, daß der Eintrittsspalt und die Photoplatte bzw. der Austrittsspalt vorwiegend auf dem Rowland-Kreis angeordnet sind. Nach diesem Prinzip arbeiten die Rowland-Aufstellung, die Abney-Aufstellung und die Runge-Paschen-Aufstellung. Wegen platzsparender Bauweise wird die Eagle-Aufstellung (A. Eagle 1910), die der Littrow-Aufstellung für Plangitter entspricht, bevorzugt (Abb. 2). Oftmals wird auch eine off-plane-Eagle-Aufstellung benutzt, wobei der Eintrittsspalt A z.B. in einem geringen Abstande oberhalb der Zeichenebene angeordnet ist und der Austrittsspalt wegen der Spiegelung um diesen Abstand unterhalb der Zeichenebene zu positionieren ist. Dann kann für B eine Photoplatte verwendet werden, die einen größeren Bereich des Rowland-Kreises (eigentlich "Rowland-Zylinders") einnimmt.

Eine Aufstellung eines Gitters, bei der das Licht nicht in einer Einfallsebene senkrecht zu den Gitterfurchen einfällt, wird als Aufstellung mit konischer Beugung bezeichnet. Für kurzwellige Strahlung und streifenden Einfall kann damit der Abwanderung der Energie in die nullte Beugungsordnung entgegengewirkt werden. Die in-plane-Aufstellung von Konkavgittern mit streifendem Einfall wird für kurzwellige Synchrotronstrahlung oft verwendet.

Auf einer Gitterdrehung bei festem A und B (Abb. 3) beruht die konstruktiv einfache Seya-Namioka-Aufstellung (M. Seya 1952, T. Namioka 1954), die aus der Forderung abgeleitet wird, daß die Defokussierung (konrrigierte Konkavgitter) in dritter Ordnung des Drehwinkels des Gitters um den Scheitel S verschwindet. Es ergibt sich ϕ=2 arcsin(1/

)=70,5°; lA=lB=Rcos(ϕ/2) mit R als dem Krümmungsradius des Gitters. Mit klassischen Rowland-Gittern zeigt diese Aufstellung einen großen Astigmatismus. Dieser wird durch die Benutzung ähnlicher Aufstellungen mit reiner Gitterdrehung, aber unter Verwendung von korrigierten Konkavgittern (T. Namioka, M. Pouey) stark vermindert. Dann ist meist lA=lB und ϕ liegt zwischen 20° und 40°. Das besondere Kennzeichen der Johnson-Onaka-Aufstellung (P. D. Johnson 1957, R. Onaka 1958) gegenüber einer Seya-Namioka-Aufstellung ist eine zweckmäßige Verlagerung des Drehpunktes aus dem Gitterscheitel heraus. Ein konkaver Hilfsspiegel S wird in der Wadsworth-Aufstellung (F. L. O. Wadsworth 1896) benutzt (Abb. 4), um das Gitter G mit dem Krümmungsradius R mit einem am Spiegel S erzeugten kollimierten Bündel zu beleuchten. Auch für Rowland-Gitter verschwindet dann der Astigmatismus für das senkrecht zur Gitteroberfläche gebeugte Licht, und scharfe Spektren entstehen für lB=R/(1+cosα) (Abb. 4). Die Wadsworth-Aufstellung ist lichtstark und kompakt.

Durch die korrigierten Konkavgitter ist eine Vielzahl von Aufstellungen hinzugekommen, weil zur Befriedigung vieler Einsatzwünsche jeweils speziell korrigierte holographische Konkavgitter berechnet und gefertigt werden.



Gitteraufstellung 1: Czerny-Turner-Aufstellung eines Gitters.



Gitteraufstellung 2: Eagle-Aufstellung eines Gitters. A Eintritts-, B Austrittsspalt, G Gitter, R Rowland-Kreis.



Gitteraufstellung 3: Seya-Namioka-Aufstellung eines Gitters. A Eintritts-, B Austrittsspalt, G Gitter, S Scheitel des Gitters, um den das Gitter gedreht wird.



Gitteraufstellung 4: Wadsworth-Aufstellung eines Gitters. A Eintritts-, B Austrittsspalt, G Gitter, S Spiegel.

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