Решетчатая лестница

Эшельная решетка (от французского échelle , что означает «лестница») — это тип дифракционной решетки, характеризующийся относительно низкой плотностью канавок, но формой канавок, оптимизированной для использования при больших углах падения и, следовательно, в высоких порядках дифракции . Более высокие порядки дифракции позволяют увеличить дисперсию (расстояние) спектральных особенностей на детекторе, что позволяет повысить дифференциацию этих особенностей. Решетки Эшелле, как и другие типы дифракционных решеток, используются в спектрометрах и подобных приборах. Они наиболее полезны в спектрографах высокого разрешения с перекрестной дисперсией, таких как HARPS , PARAS и многих других астрономических инструментах.

История

Идея решетки с грубыми линиями, используемой под углами скольжения, была открыта Альбертом Майкельсоном в 1898 году. ^[1] где он называл это «эшелоном». Однако лишь в 1923 г. эшелле-спектрометры начали приобретать свой характерный вид, в котором решетка высокого разрешения используется в тандеме со скрещенной низкодисперсионной решеткой. Эту конфигурацию изобрели Нагаока и Мисима. ^[2] и с тех пор используется в подобном макете.

Принцип

Как и другие дифракционные решетки, решетка Эшелле концептуально состоит из ряда щелей, ширина которых близка к длине волны дифрагированного света. Свет одной длины волны в стандартной решетке при нормальном падении дифрагирует до центрального нулевого порядка и последующих более высоких порядков под определенными углами, определяемыми соотношением плотности решетки к длине волны и выбранным порядком. Угловое расстояние между высшими порядками монотонно уменьшается, и высшие порядки могут очень близко сближаться друг с другом, тогда как низшие хорошо отделяются друг от друга. Интенсивность дифракционной картины можно изменять наклоном решетки. В отражающих решетках (где отверстия заменены поверхностью с высокой отражающей способностью) отражающая часть может быть наклонена (свечена), чтобы рассеять большую часть света в предпочтительном интересующем направлении (и в определенном порядке дифракции). То же самое верно и для нескольких длин волн; однако в этом случае более длинные волны более высокого порядка могут перекрываться со следующими порядками более короткой длины волны, что обычно является нежелательным побочным эффектом.

Однако в эшельных решетках такое поведение используется намеренно, и пламя оптимизировано для многократного перекрытия более высоких порядков. Поскольку это перекрытие бесполезно, второй, перпендикулярно установленный рассеивающий элемент ( решетка или призма ) вставляется в качестве «разделителя порядков» или «поперечного рассеивателя» на путь луча. Следовательно, спектр состоит из полос с разными, но слегка перекрывающимися диапазонами длин волн, которые пересекают плоскость изображения под углом.Именно такое поведение помогает преодолеть проблемы с изображением с помощью широкополосных спектроскопических устройств с высоким разрешением, например, при использовании чрезвычайно длинных линейных решеток обнаружения, сильной расфокусировки или других аберраций , и позволяет использовать легкодоступные матрицы 2D-детектирования. Это осуществимо, что сокращает время измерений и повышает эффективность.

См. также

Литература

Томас Эверсберг, Клаус Воллманн: Спектроскопические приборы - основы и рекомендации для астрономов. Спрингер, Гейдельберг, 2014 г., ISBN 3662445344

Ссылки

^ А. А. Майкельсон, « Эшелонный спектроскоп », Astrophysical Journal 8 : 37-47 (1898).
^ Х. Нагаока и Т. Мисима, « Комбинация вогнутой решетки с пластиной Люммера-Герке или ступенчатой решеткой для исследования тонкой структуры спектральных линий », Astrophysical Journal 57 : 92-97 (1923)

Масштабные решетки
Палмер, Кристофер (2020). Справочник по дифракционным решеткам, 8-е издание . Рочестер, Нью-Йорк, США: MKS Newport.
Введение в эшелле-спектрометр высокого разрешения на веб-сайте HIRES
Спектроскопия на небольших телескопах: Эшелле-спектрограф Мартина Дж. Портера.

[1] А. А. Майкельсон, « Эшелонный спектроскоп », Astrophysical Journal 8 : 37-47 (1898).

[2] Х. Нагаока и Т. Мисима, « Комбинация вогнутой решетки с пластиной Люммера-Герке или ступенчатой решеткой для исследования тонкой структуры спектральных линий », Astrophysical Journal 57 : 92-97 (1923)

[1]

[2]