DE19620541A1 - Dispergierendes optisches System für ein Simultanspektrometer - Google Patents

Dispergierendes optisches System für ein Simultanspektrometer

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Description

Zur spektralen Analyse eines Emissions- oder Absorptionsspektrums sind eine Reihe von Lösungen bekannt.
In US 4049353 ist ein System mit einer durch ein Echellegitter und ein Prisma in zwei Richtungen durch gekreuzte Dispersion aufgespaltenen spektralen Verteilung beschrieben.
Zur Auswertung ist eine mit bis zu 20 vorgewählten Eintrittsspalten vorgesehene Kassette vorgesehen auf die die spektrale Verteilung abgebildet wird.
Für spezifische Auswerteaufgaben sind jeweils separate Kassetten vorgesehen. Den Eintrittsspalten sind jeweils Photomultiplier nachgeordnet.
Die Justierung der Kassetten ist hierbei relativ aufwendig (je zwei Spiegel pro Meßkanal) und die Zahl der simultan erfaßbaren Nachweislinien ist beschränkt.
Weiterhin ist der neben den Linien liegende Spektrenuntergrund nur sequentiell durch Gitterdrehung erfaßbar.
In DD 2 17 626 sind einer gleichfalls durch gekreuzte Dispersion entstandenen spektralen Verteilung auf einer Spaltmaske Öffnungen von Lichtleitfasern zugeordnet die mit ihren Ausgängen steckbar Stellmitteln zugeordnet sind die eine Zuordnung zu Fotomultipliern vornehmen.
Mit dem Faserblock sind über 120 Nachweislichen registrierbar davon je zwölf in fünf Gruppen in raschem Wechsel.
Der neben den Linien liegende Spektrenuntergrund ist ebenfalls nur sequentiell durch Kameraspiegeldrehung erfaßbar.
In US 4636074 werden zwar Nachweislinien und benachbarter Spektrenuntergrund simultan bestimmt, aber trotz Vorselektions-Polychromator und austauschbarer Masken in der Fokalebene des Vorselektions-Polychromators sind nur wenige Nachweislinien ohne Überlappung simultan erfaßbar.
Im Gerät IRIS von Thermo Jarrell Ash werden mittels eines CCD-Detektors Länge und Verlauf des Gesamtspektralbereichs, der mit einem Echellesystem und gekreuzter Dispersion zur Ordnungstrennung auf den Flächenempfänger abgebildet wird, erfaßt.
Wegen der Abstands- und Längenunterschiede der abgebildeten Ordnungszeilen entsteht viel ungenutzte Fläche auf dem Empfänger. Von der erfaßten Spektreninformation wird nur ein geringer Teil genutzt.
Die Eintrittsspalthöhe muß niedrig sein, damit die Ordnungszeilen sich nicht überlappen.
Das geht auf Kosten der Meßempfindlichkeit.
Mit einer Lösung gemäß US 4820048 werden mittels einer aufwendigen Optik und einem speziell dazu angepaßten segmentierten Flächenempfänger eine Vielzahl von Spektrenabschnitten, d. h. Nachweislinien mit benachbartem Spektrenuntergrund simultan erfaßt.
Diese Lösung ist relativ kostenaufwendig.
Die Erfindung geht nunmehr von der Aufgabe aus, mit geringem Aufwand, unter Verwendung handelsüblicher CCD-Flächen­ empfänger und unter effektiver Ausnutzung der Empfängerfläche gleichzeitig Spektrallinien und Untergrundstrahlung zu erfassen, wobei eine deutliche Ordnungstrennung ohne Ordnungsüberlagerung ermöglicht werden soll.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruches gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der optische Teil der erfindungsgemäßen Anordnung ist so gestaltet, daß kommerziell erhältliche Flächenempfänger mit linearen, äquidistanten Pixelanordnungen verwendet werden können.
Durch steckbare Lichtleitfasern ist eine flexible Auswahl von Spektrenabschnitten möglich.
Vorzugsweise parallel zu den Empfängerzeilen werden die Spektrenabschnitte, d. h. Nachweislinien mit benachbartem Spektrenuntergrund eng aneinanderliegend und simultan abgebildet.
Der Auslese- und Auswerteprozeß der Spektren ist dadurch einfach zu vollziehen, der Flächenempfänger wird effektiv genutzt und die Zahl der simultan abgebildeten Spektrenabschnitte kann wesentlich höher sein als bei bekannten Anordnungen mit einer CCD-Matrix.
Optik und Flächenempfänger sind gegenüber einem angepaßten, segmentierten Flächenempfänger wie bei US 4820048, nicht so aufwendig und müssen nicht so speziell aneinander angepaßt werden.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend anhand der schematisch dargestellten Anordnung in Fig. 1 näher erläutert.
Fig. 2 zeigt ergänzend die Anordnung der Lichtleiterenden in der Fokalebene des Vorpolychromarors Vp.
Der Strahlenverlauf von der Quelle Sq bis zum Festkörperdetektor EA in Fig. 1 verläuft folgendermaßen:
Die divergente Strahlung einer Strahlungsquelle Sq wird durch eine Abbildungsoptik Ao, eine Eintrittsapertur Ea des Vorpolychromators Vp und durch einen in dieser Richtung als Kollimator wirkenden sphärischen Hohlspiegel Hs und ein rückflächenverspiegeltes Prisma Pr in einer Fokalebene Fe als stetig verlaufender Gesamtspektralbereich abgebildet.
Das Prisma Pr erzeugt mehrere in sich parallele Bündel mit entsprechend ihrer Wellenlänge unterschiedlicher Richtung, die vom Spiegel Hs als konvergente Bündel in die Fokalebene Fe abgebildet werden.
In der Fokalebene Fe ist ein Faserblock hinter einer Austrittsspaltenmaske AsM angeordnet, wobei den Spektrenabschnitten aus dem Gesamtspektralbereich Kernquerschnitte von Lichtleitfasern Lf zugeordnet sind.
Die Kerndurchmesser der Lichtleitfasern Lf sind vorteilhaft so dimensioniert und in der Fokalebene des Vorpolychromators Vp angeordnet, daß pro Faser maximal der Spektrenabschnitt einer Beugungsordnung des Echellegitters Eg erfaßt wird. Auf diese Weise wird durch die Fasern eine Ordnungstrennung der Strahlungsverteilung vorgenommen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Fasern nicht nur nebeneinander, sondern auch quer zur Dispersionsrichtung des Vorpolychromators Vp angeordnet, um den Gesamtspektralbereich lückenlos zu erfassen.
Die Lichtleitfasern Lf leiten die vorselektierte Strahlung zu den einzelnen Eintrittsspalten. Es einer Eintrittsspaltenmaske EsM eines Hauptpolychromators Hp. Von dieser gelangt sie als divergente Bündel in Richtung eines Kollimatorspiegels Ko, der sie als parallele Bündel mittig auf ein Echellegitter Eg abbildet.
Vom Echellegitter Eg gelangen spektral selektierte Parallelbündel auf einen Kameraspiegel Ka und von diesem als konvergente Bündel auf einen Planspiegel Ps, über den durch die Austrittsapertur Aa des erfindungsgemäßen optischen Systems auf einen matrixförmigen Festkörperdetektor EA als parallel zueinander versetzte, in einzelne Spektralordnungen selektierte Spektrenabschnitte mit den Nachweislinien λν und der Spektrenumgebung von λν, die auch zur Spektrenauswertung genutzt werden kann.
Bei der Lösung gemäß der Erfindung werden die Eigenschaften eines Echellegitters Eg vorteilhaft ausgenutzt:
  • - einen Gesamtspektralbereich in vielen Beugungsordnungen gebeugt zu zerlegen,
  • - bei festem Einfallswinkel der Strahlung auf das Echellegitter Eg die gebeugte Strahlung einer Beugungsordnung unter hoher Winkeldispersion in einen breiten Bereich von Austrittswinkeln weiterzuleiten.
Da der optische Weg umkehrbar ist, werden gemäß Erfindungsvorschlag die interessierenden Spektrenabschnitte einer Beugungsordnung unter solchen Einfallswinkeln auf das Echellegitter Eg gelenkt, daß die Spektrenabschnitte mit der Spektrenmitte um λν in einem engen Winkelbereich von Austrittswinkeln gebeugt und über Spiegel Ka, Ps gelenkt durch die Austrittsapertur Aa des optischen Systems austreten, die der Empfängerfläche eines Bildempfängers EA entspricht. Das Echellegitter Eg ist Mittelpunkt eines Hauptpolychromators Hp, dessen Eintrittsaperturen, die Eintrittsspalte Es in der Größenordnung von Lichtleitfaser- Querschnitten auf einer Eintrittsspaltenmaske EsM verteilt liegen. Diese Verteilung berücksichtigt in y-Richtung, d. h. in Beugungsrichtung des Echellegitters Eg die Gitterformel: sin αν + sin βν = µ · λν · G (*) sowie das Abbildungsverhältnis fko/fka des Hauptpolychromators Hp und in x-Richtung, d. h. senkrecht zur y-Richtung den Zeilenabstand der Zeilen auf dem angekoppelten Bildempfänger EA und ebenfalls das Verhältnis fko/fka.
Die Abstände der Eintrittsspalte in der Eintrittsspaltenmaske EsM in x-Richtung, d. h. die x-Positionen x₁ . . . xm können z. B. äquidistant sein.
Die y-Positionen y₁ . . . yn können z. B. zwei Ordnungsprinzipien gehorchen, - dem anwendungsorientierten Prinzip mit fest vorgegebenen λν oder dem offenen Nutzungs-Prinzip, bei dem jeder beliebige Spektrenabschnitt um vorgegebene λν aus dem Gesamtspektralbereich erfaßt werden kann.
Beim anwendungsorientierten Prinzip entsprechen die Paare an x/y-Positionen von Eintrittsspalten in der Eintrittsspaltenmaske EsM genau der Zahl ν, d. h. m = n = ν und die y-Positionen streng der Gitterformel sin αν + sin βν = µ · λν · G (*).
Beim offenen Nutzungs-Prinzip sind die y-Positionen z. B. äquidistant mit den Abständen a in der Eintrittsspaltenmaske EsM in y-Richtung verteilt, die Zahl n muß der Ungleichung n · a Lµmin genügen, d. h. die im Hauptpolychromator Hp abgebildete niedrigste genutzte Beugungsordnung des Echellegitters Eg, die bekanntlich in Beugungsrichtung des Echellegitters Eg die höchste Winkeldispersion aufweist, wird in ihrer abgebildeten Länge Lµmin von der Austrittsapertur Aa des Hauptpolychromators Hp immer erfaßt, wenn man nacheinander Strahlung durch die Eintrittsspalte y₁ . . . yn aus der betreffenden Beugungsordnung µmin in den Hauptpolychromator Hp einstrahlt.
Um Spektrenüberlagerungen in der Austrittsapertur Aa des Hauptpolychromators Hp zu vermeiden, werden pro x-Position in der Eintrittsspaltenmaske EsM jeweils nur ein Eintrittsspalt Es aus der Reihe der möglichen y-Positionen durchstrahlt mit Strahlung, die maximal dem Spektralumfang einer Beugungsordnung des Echellegitters Eg entspricht. Die Selektion der Strahlung des Gesamtspektralbereichs in Spektrenabschnitte vom Spektralumfang maximal einer Beugungsordnung des Echellegitters Eg und die Weiterleitung der Strahlung zu den einzelnen Eintrittsspalten der Eintrittsspaltenmaske EsM des Hauptpolychromators Hp leisten vorteilhaft gemäß der Erfindung die Kombination eines Vorpolychromators Vp mit nachfolgendem Lichtleitfaser-Verteilerblock zwischen der Fokalebene Fe des Vorpolychromators Vp und der Eintrittsspaltenmaske EsM des Hauptpolychromators Hp.
Im Vorpolychromator Vp erzeugt z. B. das rückflächenverspiegelte Prisma Pr, kombiniert mit einem Hohlspiegel Hs in der Fokalebene Fe eine ausreichende reziproke Lineardispersion des Gesamtspektralbereichs, so daß in der Fokalebene Fe des Vorpolychromators hinter der Austrittsspaltenmaske AsM angeordnete Lichtleitfasern Lf mit ihren Kernquerschnitten die Strahlung maximal einer Beugungsordnung des Echellegitters Eg erfassen.
Dabei sind die Enden der Lichtleitfasern Lf in der Fokalebene Fe des Vorpolychromators Vp auf den Hohlspiegel Hs ausgerichtet, vor den Eintrittsspalten der Eintrittsspaltenmaske EsM des Hauptpolychromators Hp in Richtung auf den Kollimatorspiegel Ko des Hauptpolychromators Hp.
Im Fall des anwendungsorientierten Prinzips des optischen Systems gemäß der Erfindung, aber vor allem beim offenen Nutzungs-Prinzip sind die Lichtleitfaser-Enden in der Fokalebene Fe des Vorpolychromators nicht nur in Dispersionsrichtung angeordnet, sondern auch senkrecht dazu (Fig. 2).
Beim anwendungsorientierten Prinzip können zwei oder mehrere Nachweiswellenlängen λν in einer Beugungsordnung des Echellegitters Eg liegen, beim offenen Nutzungs-Prinzip muß der Gesamtspektralbereich lückenlos mit Lichtleitfaser- Kernquerschnitten erfaßt werden. Somit richtet sich die Zahl ν nach der Zahl der zu erfassenden Spektrenabschnitte mit λν, die Zahl n nach den Beugungseigenschaften des Echellegitters Eg und dem Abbildungsverhältnis fko/fka des Hauptpolychromators Hp sowie der Breite der Austrittsapertur Aa bzw. der effektiv nutzbaren Zeilenlänge des Bildempfängers EA und die Zahl m nach der Zeilenzahl des Bildempfängers EA, die entsprechend der Eintrittsspalt-Höhe und dem Abbildungsverhältnis fko/fka mit gleicher Strahlung eines Spektrenabschnitts beleuchtet werden soll.
Beim anwendungsorientierten Prinzip des optischen Systems gemäß Erfindungsvorschlag ist die Zahl der verwendeten Lichtleitfasern Lf gleich ν, die Zahl m kann m ν betragen.
Beim offenen Nutzungs-Prinzip des optischen Systems gemäß Erfindungsvorschlag ist die Zahl der benötigten Lichtleitfasern Lf mindestens gleich µ, der Zahl der Beugungsordnungen, in die das Echellegitter Eg den Gesamtspektralbereich gebeugt abstrahlt.
Vorzugsweise sind die Lichtleitfasern Lf mit ihren Enden in der Fokalebene des Vorpolychromators Vp in einem Faserblock fest positioniert und jede Faser ist mit einer Kennung versehen, mit ihrem anderen Ende vor den Eintrittsspalten Es der Eintrittsspaltenmaske EsM des Hauptpolychromators Hp steckbar oder in einen Faserspeicher Fs geordnet steckbar, falls von der betreffenden Lichtleitfaser Lf erfaßte Strahlung nicht in den Hauptpolychromator Hp gelangen soll.
Ein Geräterechner R, der auch der Steuerung des Bildempfängers und der Auswertung der Spektreninformation dient, ermöglicht unter Nutzung der Gitterformel (*) sin αν + sin βν = µ · λν · G die Zuordnung der Lichtleitfasern Lf zu den x- und y-Posi­ tionen der Eintrittsspaltenmaske EsM und beim offenen Nutzungs-Prinzip des optischen Systems, gemäß der Erfindung auch die Findung von λν mit Spektrenumgebung innerhalb der bestrahlten Zeile auf dem Bildempfänger EA unter zusätzlicher Nutzung der Dispersionsformel Dµ = cos βν/µ · fka · G (**).
Zwischen Vorpolychromator Vp, Lichtleitfasern Lf und Hauptpolychromator Hp sollte eine Anpassung des Lichtleitwertes bzw. des Öffnungsverhältnisses der optischen Teilsysteme vorgenommen werden. Dabei werden vorteilhaft der Lichtleitwert des Vorpolychromators Vp und die Numerische Apertur der Lichtleitfasern Lf aufeinander abgestimmt, der Kernquerschnitt der Lichtleitfaser Lf vor den Eintrittsspalten der Eintrittsspaltenmaske EsM des Hauptpolychromators Hp bzw. das aus der Lichtleitfaser Lf austretende Strahlenbündel kann durch eine Linse zwischen Faserende und Eintrittsspalt auf den Kollimatorspiegel Ko des Hauptpolychromators Hp abgebildet werden.
Manche Strahlungsquellen, z. B. solche mit rohrförmigen elektrothermischen Atomisatoren strahlen nur in einem engen Raumwinkel (von Kontinuumsstrahlung ungestörte) Strahlung zur Spektrenauswertung ab. Für diese Strahlungsquellen ist das optische System gemäß der Erfindung besonders geeignet, weil es nur eine Eintrittsapertur besitzt.
Bezugszeichenliste
Fig. 1:
Aa/2. DAE = Austrittsapertur des Hp/2. Dispersions- und Aufspaltungsebene
Ao = Abbildungsoptik
AsM = Austrittsspaltenmaske
EA = photoelektrische Empfängeranordnung (Festkörperempfänger-Matrix, Bildempfänger)
Ea = Eintrittsapertur
Eg/DE2 = Echellegitter/2. Dispersionselement
Es = Eintrittsspalt in der EsM
EsM = Eintrittsspaltenmaske
Fe/DAE1 = Fokalebene/1. Dispersions- und Aufspaltungsebene
Fs = Faserspeicher
Hp = Hauptpolychromator
Hs = Hohlspiegel
Ka = Kameraspiegel
Ko = Kollimatorspiegel
Lf = Lichtleitfaser
Pr/DE1 = rückflächenverspiegeltes Prisma/ erstes Dispersionselement
Ps = Planspiegel
R = Geräterechner
Sq = Strahlungsquelle
Vp = Vorpolychromator
α = Strahleneinfallswinkel auf das Eg
β = Strahlenaustrittswinkel am Eg
λ = Wellenlänge/nm/
ν = Anzahl für Nachweiswellenlängen
µ = Zahl für genutzte Beugungsordnungen des Eg
a = Abstand der y-Positionen beim offenen Nutzungs- Prinzip des optischen Systems
B = Breite der Aa
D = Dispersion der Beugungsordnung in der Aa des Hp/nm/mm/
f = Brennweite
G = Gitterfurchenzahl/mm des Eg
L = Länge der Beugungsordnungen, abgebildet in der Aa des Hp/mm/
m = Zahl der x-Positionen auf der EsM des Hp
n = Zahl der y-Positionen auf der EsM des Hp
NA = Numerische Apertur der Lf
Fig. 2:
b = Breite eines Spektrenabschnitts vom Spektralumfang einer Beugungsordnung des Echellegitters (Eg)
AsM = Austrittsspaltenmaske mit rechteckigen Austrittsspalten in der Fokalebene (Fe) des Vorpolychromators (Vp)
Lf = Lichtleitfasern mit Kernquerschnitt und Außendurchmesser, angeordnet hinter den rechteckigen Austrittsspalten der Austrittsspaltenmaske (AsM)

Claims (14)

1. Dispergierendes optisches System für ein Simultanspektrometer mit photoelektrischer Empfängeranordnung zur gleichzeitigen Auswertung mehrerer Spektrenabschnitte einer spektralen Verteilung,
deren Strahlung nach Passieren einer Eintrittsapertur (Ea) durch ein erstes Dispersionselement DE1 in einer ersten Dispersions-und Aufspaltungsebene (DAE 1) aufgespalten wird,
wobei ein zweites Dispersionselement (DE2) die in der DAE 1 erzeugte spektrale Verteilung in eine DAE 2, die Austrittsapertur (Aa) weiter aufspaltet, der eine photoelektrische Empfängeranordnung EA optisch zugeordnet ist, und wobei die in der DAE1 erzeugte spektrale Verteilung nach Passieren einzelner Austrittsspalte einer Austrittsspaltenmaske (AsM) in ausgewählten Spektrenabschnitten über einzelne Lichtleitfasern (Lf) durch mehrere vorgewählte Eintrittsspalte (Es) einer Eintrittsspaltenmaske (EsM) gleichzeitig auf das DE2 trifft, welches von jedem Spektrenabschnitt der nicht größer ist als der spektrale Umfang einer Beugungsordnung des DE2, eine nachzuweisende Spektrallinie (λν) mit angrenzender Linienumgebung durch eine Austrittsapertur (Aa) auf die EA lenkt,
und die Anordnung und Auswahl der Eintrittsspalte (Es) in der Eintrittsspaltenmaske (EsM) so erfolgt, daß alle Spektrallinien (λν) mit angrenzender Linienumgebung als voneinander getrennte, aber eng aneinander liegende Zeilen auf der EA erscheinen.
2. Optisches System gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das optisches System in Durchstrahlungsrichtung besteht aus einem Vorpolychromator (Vp), aus einem Lichtleitfaser-Verteilerblock und einem Hauptpolychromator (Hp).
3. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung einer vorgeordneten Strahlungsquelle (Sq) in das optische System eintritt durch eine rechteckige Apertur (Ea), die Eintrittsapertur des Vorpolychromators in der Größenordnung eines Lichtleitfaser-Querschnitts, und aus dem optischen System in Richtung der Empfängeranordnung austritt durch eine rechteckige Apertur (Aa), die Austrittsapertur des Hauptpolychromators Hp in der Größenordnung einer Festkörper-Empfängermatrix.
4. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptpolychromator (Hp) bestückt ist mit einem Echellegitter (Eg) und durch mehrere Eintrittsspalte (Es) in einer Eintrittsspaltenmaske (EsM) gleichzeitig durchstrahlt wird, die in der Richtung der Beugungsebene des Echellegitters (Eg) (y-Richtung) und senkrecht dazu (x-Richtung) in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet sind,
  • - wobei für die Abstände der Eintrittsspalt-Mitten in der Eintrittsspaltenmaske (EsM) in y-Rich­ tung gilt: die Mittenstrahlen der eintretenden Strahlenbündel mit der Strahlung eines Spektrenabschnitts gelangen über einen Kollimatorspiegel (Ko) des Hauptpolychromators (Hp) unter den Einfallswinkeln αν auf das Echellegitter (Eg) und treten gebeugt unter Austrittswinkeln βν über einen Kameraspiegel (Ka) des Hauptpolychromators (Hp) durch die Austrittsapertur (Aa) aus, dabei ist die Summe aller Differenzen |αn-αν +1| größer als die Summe aller Differenzen |βν-βν +1|, und alle αν und das Abbildungsverhältnis fko/fka sind so gewählt, daß die unter den Austrittswinkeln βν über den Kameraspiegel (Ka) austretenden Strahlenbündel durch die Austrittsapertur Aa des Hauptpolychromators Hp austreten, und, daß die y-Positionen der Eintrittsspalte (Es) in der Eintrittsspaltenmaske (EsA) des Hauptpolychromators (Hp) gemäß der Gittergleichung sin αν + sin βν = µ · λν · G (*) so gewählt werden, daß Strahlung mit dem Spektrenabschnitt um λν durch den betreffenden Eintrittsspalt (Es) über den Kollimatorspiegel (Ko) unter dem Einfallswinkel αν auf das Echellegitter (Eg) auftrifft und λν in Zeilenmitte auf der Festkörper-Empfängermatrix (EA) in der Austrittsapertur (Aa) des Hauptpolychromators (Hp) abgebildet wird, und daß die Eintrittsspaltenmaske (EsA) des Hauptpolychromators (Hp) so viele x-Positionen und y-Positionen und der Vorpolychromator (Vp) in seiner Fokalebene (Fe) so viele Lichtleitfasern (Lf) an den Positionen mit austretenden Strahlenbündeln hat, wie λν mit der betreffenden Spektrenumgebung abgebildet und vom Bildempfänger registriert werden sollen,
  • - oder daß die y-Positionen der Eintrittsspalte (Es) in der Eintrittsspaltenmaske EsM) des Hauptpolychromators (Hp) gleiche Abstände a fko/fka. * B haben, wobei B die Breite der Austrittsapertur (Aa) des Hauptpolychromators (Hp) bzw. die effektiv nutzbare Zeilenlänge auf der Flächenempfängermatrix ist, daß für die Zahl n der y-Positionen, das heißt die Zahl der Eintrittsspalte (Es) in der Eintrittsspaltenmaske (EsM) in Beugungsrichtung des Echellegitters (Eg) gilt:
    n * a Lµmin, der Ordnungszeilenlänge der niedrigsten, genutzten Spektralordnung des Echellegitters (Eg) des Hauptpolychromators (Hp), und daß die Eintrittsspalte Es) in der Eintrittsspaltenmaske (EsM) nur mit Faserenden von Lichtleitfasern (Lf) bestückt werden, die Spektrenabschnitte durch die betreffenden Eintrittsspalte strahlen, die die gewünschten Nachweislinien λν gemäß Gittergleichung (*) enthalten, und daß die betreffenden Lichtleitfasern (Lf) an diejenigen y-Positionen gesteckt werden so daß die vom Echellegitter (Eg) gebeugte Strahlung durch die Austrittsapertur (Aa) des Hauptpolychromators (Hp) austritt und auf die Flächenempfängermatrix auftrifft, und daß in der Fokalebene (Fe) des Vorpolychromators (Vp) in Dispersionsrichtung so viele Faserkernquerschnitte von Lichtleitfasern (Lf) positioniert sind, daß der zu nutzende Gesamtspektralbereich lückenlos erfaßt wird,
  • - und daß für die Abstände der Eintrittsspalt-Mitten in der Eintrittsspaltenmaske (EsM) in x-Richtung gilt: die Abstände der Eintrittsspalt-Mitten sind i.a. äquidistant und mindestens so groß, daß je x-Position eine Zeile auf dem Bildempfänger (EA) ausgeleuchtet wird und maximal so groß, daß von allen x-Positionen eintretende Strahlung durch die Austrittsapertur (Aa) des Hauptpolychromators (Hp) austritt,
  • - daß von allen Eintrittsspalten (Es) in der Eintrittsspaltenmaske (EsM) des Hauptpolychromators (Hp) mit gleichen x-Positionen jeweils nur einer durchleuchtet wird von der Austrittsseite einer davor positionierten, durchstrahlten Lichtleitfaser (Lf), deren Eintrittsseite in der Fokalebene (Fe) des Vorpolychromators liegt.
5. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitfaser-Verteilerblock aus mehreren Lichtleitfasern (Lf) besteht, die mit Kennungen versehen sind, daß alle Lichtleitfasern (Lf) mit ihrer Eintrittsseite in der Fokalebene (Fe) des Vorpolychromators (Vp) hinter Austrittsspalten der Austrittsspaltenmaske (AsM) fest angeordnet sind und mit ihrer Austrittsseite wahlweise vor Eintrittsspalte (Es) der Eintrittsspaltenmaske (EsM) des Hauptpolychromators (Hp) steckbar sind oder im Fall der Nichtbenutzung in einen Faserspeicher (Fs) steckbar sind.
6. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorpolychromator (Vp) bestückt ist mit einem Prisma (Pr) zur Strahlendispersion, welches in der Fokalebene (Fe) des Vorpolychromators (Vp) eine ausreichende reziproke Lineardispersion des Gesamtspektralbereiches erzeugt, so daß in der Fokalebene (Fe) des Vorpolychromators (Vp) hinter den Austrittsspalten einer Austrittsspaltenmaske (AsM) angeordnete Lichtleitfasern (Lf) mit ihren Faser- Kernquerschnitten nur Spektrenabschnitte des Gesamtspektralbereichs erfassen, deren Spektralumfang kleiner oder gleich ist dem freien Spektralbereich der Spektralordnungen des Echellegitters (Eg) im Hauptpolychromator (Hp), daß in Dispersionsrichtung über die gesamte Fokalebene des Vorpolychromators (Vp) ausreichend viele Lichtleitfasern (Lf) angeordnet sind, um die gewünschten Spektrenabschnitte zu erfassen,
und daß senkrecht zur ersten Dispersionsebene DE1 in der Fokalebene des Vorpolychromators (Vp) auch mehrere Lichtleitfasern (Lf) dicht nebeneinander angeordnet sein können.
7. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen und Breiten der Eintrittsspalte (Es) in der Eintrittsspaltenmaske (EsM) des Hauptpolychromators (Hp) gemäß gewünschter Auflösung und/oder Intensität des spektralen Untergrundes der Nachweislinien (λν) variabel gestaltet sind.
8. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei größerer Zahl an nachzuweisenden Spektrenabschnitten als x-Posi­ tionen in der Eintrittsspaltenmaske (EsM) des Hauptpolychromators (Hp) Lichtleitfaser-Enden in verschiedenen Gruppen auf einen Faserschlitten in einer Ebene parallel zu der der Eintrittsspaltenmaske (EsM) gesteckt und nacheinander durch Verschieben des Faserschlittens andere Gruppen von Fasern vor den Eintrittsspalten (Es) positioniert werden, die andere Spektrenabschnitte durch die Eintrittsspalte des Hauptpolychromators strahlen, wobei gemäß Gittergleichung (*) durch Wahl der y-Posi­ tionen dafür gesorgt ist, daß Strahlung der betreffenden Spektrenabschnitte durch die Austrittsapertur (Aa) des Hauptpolychromators (Hp) austritt.
9. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Lichtleitwert bzw. das Öffnungsverhältnis des Vorpolychromators (Vp) gilt: LLWvp NALf, der Numerischen Apertur der Lichtleitfaser für den genutzten Spektrenabschnitte, und daß die Numerische Apertur der Lichtleitfaser bzw. der Raumwinkel der aus den Faserenden der Lichtleitfaser austretenden Strahlung dem Lichtleitwert des Hauptpolychromators (Hp) derart angeglichen wird, daß die Austrittsapertur (Aa) der Lichtleitfaser mittels Linsen vor den Eintrittsspalten (Es) der Eintrittsspaltenmaske (EsA) des Hauptpolychromators (Hp) auf die Apertur des Kollimatorspiegels (Ko) bzw. des Echellegitters (Eg) des Hauptpolychromators (Hp) abgebildet wird.
10. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Eintrittsapertur (Ea) und dem ersten Dispersionselement DE1 mindestens ein abbildendes Element vorgesehen ist.
11. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten dispergierenden Element DE1 und der ersten Dispersions- und Aufspaltungsebene DAE1 mindestens ein abbildendes Element vorgesehen ist.
12. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eintrittsspalten (Es) der Eintrittsspaltenmaske (EsM) und dem zweiten dispergierenden Element DE2 mindestens ein abbildendes Element vorgesehen ist.
13. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten dispergierenden Element DE2 und der photoelektrischen Empfängeranordnung (EA) mindestens ein abbildendes Element vorgesehen ist.
14. Optisches System nach Anspruch 13, wobei das abbildende Element ein abbildender Spiegel ist.
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