3.1 Aufbau eines Spektralradiometers

Es existieren verschiedene optische Designs für die Realisierung eines Spektrometers. Drei verschiedene haben sich in der Lichttechnik weitestgehend durchgesetzt:

Czerny-Turner-Aufbau

Beim Czerny-Turner-Aufbau tritt das Licht durch den Eingangsspalt ein und wird durch den kollimierenden Spiegel parallel auf das Beugungsgitter gelenkt. Dort wird es spektral aufgespalten und als Parallelstrahlen dem fokussierenden Spiegel zugeführt. Dieser bildet dann die Strahlen, spektral zerlegt auf das Detektorarray, ab. Prinzipiell stellt dies eine Abbildung des Eingangsspalts auf das Array bzw. den Ausgangsspalt dar, wobei zusätzlich im parallelen Strahlengang eine spektrale Zerlegung durch ein optisches Gitter stattfindet.

Die Winkel zwischen den optischen Elementen werden für die Auslegung des Spektrometers herangenommen, so können etwa Abbildungsfehler reduziert werden. Wird nur ein gemeinsamer Spiegel für beide Abbildungen genutzt, so wird von einem Ebert-Aufbau gesprochen.

Abb. 1: Czerny-Turner Aufbau

Gekreuzter Czerny-Turner-Aufbau

Der gekreuzte Czerny-Turner-Aufbau hat einen besseren Strahlengang, d. h., einen Strahlengang mit weniger Abbildungsfehlern zum Ziel. Zudem sind durch diesen gekreuzten Strahlengang kompaktere Spektrometer möglich.

Abb. 2: Gekreuzter Czerny-Turner-Aufbau

Direktabbildung mit gekrümmten holographischen Gittern

Durch spezielle Herstellverfahren können direkt abbildende holographische Gitter hergestellt werden. Der Vorteil besteht darin, dass weniger optische Elemente benötigt werden und der Strahlengang einfach ist. Der Nachteil ist, dass die Gitter speziell für eine Anwendung ausgelegt werden müssen und die Flexibilität eingeschränkt ist. Da zu kommen sehr hohe Herstellungskosten der Gitter.

Abb. 3: Aufbau mit einem holographischen gekrümmten Gitter

Für die Anwendung als Spektralradiometer wird der Spekterometeraufbau mit einer Eingangsoptik, wie einem Eingangsdiffusor für Bestrahlungsstärke, sowie einer Elektronik und CCD ode CMOS Detektor ausgelesen. Stark vereinfacht ausgedrückt.