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Spektrometer Erweiterung: Czerny-Turner Konfiguration
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Spektrograph: Ein lineares Detektorarray wird in der Fokusebene des zweiten
Konkavspiegels platziert. So wird jedes einzelne Detektorelement (Pixel) von
einem schmalen Wellenlängenbereich beleuchtet, was eine präzise Messung
des ganzen Spektrums in einem einzigen Schritt erlaubt. Wird das Detektorarray
durch einen Schirm ersetzt, kann das Spektrum gegebenenfalls mit dem Auge
beobachtet werden.
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Scannendes Spektrometer: Ein zweiter Spalt, der sogenannte Austrittsspalt, wird
in der Fokusebene des zweiten Konkavspiegels platziert. Nur ein schmaler
Spektralbereich passiert den Spalt, wodurch ein sogenannter Monochromator
erzeugt wird. Dieser Modus wird in diesem Erweiterungspaket genutzt und im
folgenden Abschnitt näher beschrieben.
4.3.
Monochromatoren und Scannende Spektrometer
Ein Monochromator ist ein Gerät zur Extraktion einer einzelnen Wellenlänge,
beziehungsweise eines schmalen Wellenlängenbereichs, aus dem Licht einer
polychromatischen Quelle. Es gibt zwei Gruppen von Monochromatoren: solche die
dispersive Elemente nutzen und solche die das nicht tun.
Letztere Gruppe wirkt auf der Basis von Absorption und/oder Reflektion ungewünschter
Wellenlängen, zum Beispiel durch dielektrische Beschichtungen von Bandpassfiltern.
Allerdings wirken solche Monochromatoren nur für eine spezifische Wellenlänge und sind
in der Breite des ausgewählten Bereichs nach unten limitiert.
Aus diesem Grund werden Monochromatoren meistens auf der Basis von dispersiven
Elementen, insbesondere Gittern, realisiert. Die Spektrometergeometrien, die in
Kapitel 4.1 eingeführt wurden, gelten genauso für Monochromatoren. Dabei wird der
Schirm durch den Austrittsspalt ersetzt. Um die Wellenlänge auszuwählen, kann entweder
der Spalt verschoben oder das Gitter gedreht werden. In diesem Versuchspaket ist
letzteres der Fall.
Ein scannendes Spektrometer (wie in diesem Erweiterungspaket) hat einen einzelnen
Photodetektor hinter dem Austrittsspalt des Monochromators. Häufig wird eine zusätzliche
Linse genutzt, um das Licht, welches durch den Austrittsspalt fällt, auf den Detektor zu
fokussieren, wie in Abbildung 4 gezeigt. Ein Spektrum wird aufgenommen, indem die
Selektions-Wellenlänge des Monochromators in kleinen Schritten verändert wird. Bei
jedem Schritt wird dabei die vom Photodetektor gemessene Intensität aufgezeichnet. Im
Gegensatz zu auf Detektorarrays basierenden Spektrographen (siehe Kapitel 4.2) ist
dadurch auf der einen Seite eine höhere Präzision möglich, auf der anderen Seite dauert
eine Messung aber deutlich länger.
Rev A, 28. September 2020
Kapitel 4: Theorie
Seite 10
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