Was ist ein Monochromator?

Mit einem Monochromator wird eine bestimmte Wellenlänge aus eingehender breitbandiger elektromagnetischer Strahlung (z.B. Licht, Röntgenstrahlen) isoliert. Die eingehende elektromagnetische Strahlung wird durch einen Eingangsspalt geschickt, mit einer Optik kollimiert und auf ein Prisma oder diffraktives Gitter geleitet. Dadurch wird das Licht nach Wellenlängen aufgefächert. Ein zweiter Kollimator bildet nun nur Licht einer Richtung und damit auch nur einer Wellenlänge auf den Ausgangsspalt ab. Am Ausgangsspalt tritt die isolierte Wellenlänge aus. Die gewünschte Wellenlänge kann über Drehen des Prismas bzw. Gitters eingestellt werden. Die Bauform bei der ein reflektierendes diffraktives Gitter zum Einsatz kommt, wird auch als Czerny–Turner Monochromator bezeichnet.

Monochromatoren können einerseits zur Analyse von Licht verwendet werden, indem hinter dem Ausgangsspalt die Leistung des Lichts einer bestimmten Wellenlänge (mit einer gegebenen Halbwertsbreite) gemessen wird. Andererseits kann mit einem Monochromator und einer breitbandigen Lichtquelle monochromatisches Licht über einen breiten Spektralbereich hinweg erzeugt werden (Durchstimmbare Lichtquelle).

Wo werden Monochromatoren angewendet?

Monochromatoren finden unter anderem Anwendung in der Fluoreszenz-, Reflexions- und Transmissionsspektroskopie, beim Testen von Sensoren und Solarzellen, in der Polarimetrie und Refraktometrie.

Welche Arten von Monochromatoren gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Monochromatoren, die sich durch das verwendete dispersive Element und die optische Anordnung unterscheiden. Die Haupttypen sind Gitter-Monochromatoren, Prismen-Monochromatoren und Monochromatoren mit variablen Filtern.

Gitter-Monochromatoren (Czerny–Turner Monochromator)

Gitter-Monochromatoren verwenden ein Beugungsgitter als dispersives Element. Das Gitter reflektiert das Licht in verschiedene Richtungen, abhängig von der Wellenlänge. Diese Monochromatoren bieten eine konstante Dispersion für alle Wellenlängen. Da auf refraktive Elemente komplett verzichtet werden kann, können Gitter-Monochromatoren über einen sehr großen Wellenlängenbereich hinweg benutzt werden. Es werden Filter benötigt, um Licht höherer Ordnung zu blockieren. 

Abbildung 1: Gitter-Monochromator mit Spiegeln als Kollimatoren

Prismen-Monochromatoren

Prismen-Monochromatoren nutzen ein Prisma zur Dispersion des Lichts. Das Prisma bricht das Licht in seine spektralen Komponenten auf. Prismen haben eine hohe Lichtausnutzungseffizienz und erzeugen wenig Streulicht. Die Dispersion ist jedoch stark wellenlängenabhängig.

Monochromatoren die mit variablen Filtern arbeiten

Diese Monochromatoren verwenden lineare variable Filter (LVF), die durch Verschieben gegeneinander unterschiedliche Wellenlängenbereiche selektieren. Sie bieten eine hohe Lichtdurchlässigkeit und eine kontinuierlich einstellbare Bandbreite. Jedoch sind sie in ihrem Wellenlängenbereich stark eingeschränkt.

Was sind die wichtigsten Spezifikationen für Monochromatoren?

Die wichtigsten Spezifikationen eines Monochromators sind die Halbwertsbreite des monochromatischen Lichts am Ausgangsspalt, der Wellenlängenbereich, über den er einsetzbar ist, und die Effizienz, mit der er eine Wellenlänge isolieren kann.

Welche Quellen für Streulicht gibt es in Monochromatoren?

In Gitter-Monochromatoren entsteht das Streulicht vor allem an den optischen Gittern aber auch die optischen Elemente, die zur Kollimation verwendet werden können Streulicht verursachen.
Streulicht führt dazu, dass am Ausgang des Monochromators auch geringe Mengen an Licht mit Wellenlängen, die unterdrückt werden sollen emittiert wird.

Wann werden Doppel-Monochromatoren eingesetzt?

Doppel-Monochromatoren werden verwendet, wenn eine besonders hohe Unterdrückung von Streulicht erforderlich ist. Sie bestehen aus zwei hintereinander geschalteten Monochromatoren. Beide Monochromatoren sind auf die gleiche Wellenlänge eingestellt. Unterdrücken die beiden Monochromatoren die ungewünschte Wellenlänge um den Faktor 1/1.000 (eins zu tausend), dann hat der Doppelmonochromator eine Unterdrückung von 1/1000.000 (eins zu eine Million).

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Monochromator Tool

Calculates the aperture, maximum possible wavelength and bandwidth of a monochromator.