Betrachtung Optischergitter

[andreo]

Guten Tag,

ich bin neu hier und auch relativ neu in der Mikroskopie. Ich bin gerade dabei mir ein etwas besseres Mirkoskop zuzulegen, da mein altes eher Typ Laborkasten ist.
Ich will damit hauptsächlich Oberflächenstrukturen untersuchen (Optischegitter). Nun habe ich mich schon etwas belesen. Wollte nur nochmal eine Meinung von fachkundigen Leuten.

Meine Frage, habe ich das so richtig verstanden, dass man um Oberflächen betrachten zukönnen ein Stereo-/bzw. auch Auflichtmikroskop benötigt? Wenn ja, sind dann Mikroskope mit 100-200 facher Vergrößerung ausreichend oder sollte ich mir eher gleich eines mit 800-1000 facher Vergrößerung anschaffen?

Bedanke mich schon mal im Vorraus!

[derda]

Hallo und Willkommen,

vielleicht schreibst du etwas mehr zu den optischen Gittern, welche untersucht werden sollen. Diese bestimmen das erforderliche Auflösungsvermögen des Mikroskopes (Schlagwort: numerische Apertur).

Was gehört zur Untersuchung (evtl. Bilddokumentation, Vermessung,...)?

[Haus@Hund]

Hallo und Willkommen im Forum!

Optische (Beugungs-) Gitter haben Gitterkonstanten von ca. 1 µm, so dass das Mikroskop mindestens mal die Hälfte davon auflösen muss. Unter grünem Licht (0,55 µm Wellenlänge) kann man nach Abbe daraus eine mindestens notwendige NA von ca. 0,55 ausrechnen. Ein Stereomikroskop schafft das nicht, dann schon eher ein Auflichtmikroskop. Ein 40/0,65-Auflichtobjektiv genügt dann.

Gruß aus Wetzlar,
Jörg

[andreo]

Danke für die schnellen Antworten.

nein keine Bilddokumentation aber eventuell Vermessung.

[Werner]

... UV-Gitter haben über 2500 Strukturen pro mm, das sind <400 nm Abstand, da ist mit einem Mikroskop nichts zu sehen (außer Staub).
Auch bei einem Gitter fürs Sichtbare kann man zwar einige Linien sehen, aber die Berechnung der Gitterkonstanten ist zu ungenau - und einen Blazewinkel kann man schon gar nicht ausmessen.

Viel einfacher ist die Gittervermessung mit einem Laserstrahl, am besten einem HeNe-Laser (632,8 nm). Aus dem Ablenkwinkel kann man die Gitterkonstante sehr genau berechnen. Wenn man das Gitter so dreht, daß das hellste abgelenkte Licht wieder in Richtung Laser fällt, kann man aus dem Drehwinkel sogar den Blazewinkel ermitteln.

Die Dickenbestimmung von Drähten/Haaren oder eine Spaltbreite kann man anhand der Beugungsbilder mit dem Laser übrigens auch sehr genau ausmessen.

Gruß   -   Werner

[andreo]

das wusste ich jetzt nicht, allerdings habe ich schon Bilder entdeckt auf denen einige Gitter per Mirkoskop fotografiert wurden. Oder meinen Sie mit "das ist unter dem Mikroskop nicht zusehen" dass es mit herkömmlichen Mirkroskopen nicht zusehen ist?

[Werner]

Hallo andreo!

Ich hatte viel mit Monochromatoren und Gittern zu tun. Ich hatte mir auch schonmal Gitter unter dem Mikroskop angeschaut - aber wozu soll das gut sein?
Man sieht ja immer nur einen ganz kleinen Ausschnitt, aber das Gitter wirkt mit seiner (fast) Gesamtfläche.
Für die erste Qualitätsbeurteilung genügt der "Augenschein". Das Gitter muß in der Gesamtfläche "gleichmäßig" aussehen. Holographisch hergestellte Gitter sehen homogener als geritzte aus. Sind Flecken oder ein matter Belag zu sehen, sollte gewaschen werden. Einzelne Kratzer stören NICHT, da das Gitter in der Fläche wirkt. Bleiben Flecken übrig, heißt das nicht, daß das Gitter unbrauchbar ist.
Das kann man nur nach Einbau in einen Monochromator und sorgfältiger Justage beurteilen. Wichtig für die Justage sind tadellose Spalte und vor Allem die richtige Fokuseinstellung der Kollimatoroptik. Bei Konkavgittern ähnlich. Als Hilfsmittel dient eine Hg-Spektrallampe, deren Linien am Monochromatorausgang betrachtet werden. Durch seitliche Kippung des Gitters (Tilt) sorgt man dafür, daß die Linien waagerecht über den Spalt laufen.
Erst jetzt kann man die Güte beurteilen, indem man die Intensität auf einer Spektrallinie mit der knapp daneben (Streulicht) vergleicht. Ein Verhältnis von 1:1000 ist in der Praxis meistens ausreichend - und das gelingt auch mit "grauenhaft" aussehenden Gittern.
... ein Mikroskop bringt da nichts (außer interessehalber), es kommt auf die Gesamtwirkung an, nicht allein aufs Gitter.

Gruß   -   Werner

[andreo]

@ werner

sie scheinen ja wirklich was von Gittern zu verstehen. Ich beschäftige mich damit eignetlich nur hobbymäßig und Interesse halber. was mich mal interessieren würde solche Gitter mal selbst herzustellen. Ja gut natürlich benötigt man im Normalfall unheimlich teure Gerätschaften etc. pp. aber geht sowas denn nich auch etwas einfacher? In Schulen wird sowas ja auch häufiger gezeigt, probiert oder vorgeführt.

[Werner]

Hallo andreo!

Vergiß den Selbstbau! Jedenfalls für sichtbares Licht.
Die Abstände (Gitterkonstante) liegen in der Nähe der Lichtwelllenlänge - außer bei Echelle-Gittern. Aber die Genauigkeit der Abstände sollte besser als 1/10 der Wellenlänge sein. Für eine mechanische Fertigung braucht man erst mal Präzisions-Schleifmaschinen (rund und plan) sowie ein Interferometer zur Maßkontrolle. Dann könnte man sich an die Konstruktion einer Teilmaschine machen. Der Fertigungsraum muß wegen der thermischen Ausdehnung auf 1/10 ° temperiert werden und im Umkreis von 500 m darf kein Lastwagen- oder Straßenbahn/Eisenbahnverkehr wegen der Erschütterung des Untergrundes stattfinden. Dann ist die Aufgabe, mindestens 20000 Furchen präzise nebeneinander ohne Pause in eine Metallplatte zu ritzen. Wegen der nötigen Standzeit ist ein passend geschliffener Diamantstichel zwingend nötig. Das Furchengraben dauert bei großen Gittern einige Monate.
Die gesamte Technologie war erst ab etwa 1950 beherrscht, die Maschinen arbeiten in stillgelegten einsamen Bergwerken. Vorher waren wegen des hohen Ausschusses nur Einzelstücke  erhältlich.
Für holografisch gefertigte Gitter braucht man starke Laser, aberrationsarme Präzisionsoptik sowie Material und Entwicklungsverfahren wie in der Halbleiterfertigung. Auch alles gut klimatisiert.

Anders ist es bei Mikrowellenoptik. Da ist die Wellenlänge so groß, daß man sich Gitter aus Draht wickeln kann. Das kann man dann auch gut in der Schule zeigen - mit dem Hinweis, daß Licht ja auch elektromagnetische Strahlung ist und den selben Gesetzen folgt.

Gruß   -   Werner

[Herne]

Hallo Werner,
gab´s da im 19. Jahrhundert nicht mal einen Hrn. Friedrich Adolph Nobert, (1806-1881)? Der fertigte Gitter zum testen der Objektive seiner Mikroskope. Das feinste wurde erst in den 1960er Jahren elektronenmikroskopisch aufgelöst. Sein Kreisteil-Maschine befindet sich, soweit ich weiß, heute im MIT. Sie ist zerlegt und niemand hat sie wieder in Funktion setzen können. Seine Testobjekte beeinflussten die Entwicklung der Mikroskope und auch erste Äusserungen zur Grenzauflösung gehen auf ihn zurück.
Quelle : Wolfgang Gloede, "Vom Lesestein zum Elektronenmikroskop", VEB Verlag Technik, 1986

m.f.G.
Herbert

[Rawfoto]

Guten Morgen

Ich verfolge mit Spannung den Beitrag und da bleiben fuer mich zur Zeit zwei Fragen auf der Ebene der Vermutung:

Wie schaut o ein Gitter aus (Muster) oder sind das nur parallele Linienpaare, habt ihr da ein Foto was ihr hochladen koennt?

Zweitens gehts um die Verwendung, wird das Gitter verwendet um Verzeichnung zu ermitteln oder um Teile zu vermessen ...

Im www findet man unmengen aber zu aus meiner Sicht sehr unterschiedlichen Themen ...

Liebe Gruesse

Gerhard

[Werner]

@ herne
  ... halte ich durchaus für möglich, habe aber keine Quellen.

@rawfoto
Du hast recht, es ist verwirrend, Gitter ist nun mal eine verallgemeinernde Bezeichnung für regelmäßig angeodnete Teile...
Beim Wasserkraftwerk heißt es "Rechen" - mit anderen Aufgaben. Ich versuche mal auf die Schnelle eine grobe Präzisierung.
Gitter in Elektronenröhren - aus Draht gewickelt, Abstände im mm-Bereich.

Testgitter: regelmäßig angeordnete Streifen zum Testen der optischen Abbildung - "Ronchi-Gitter", Abstände in Millimeter-Bruchteilen.

Optische Gitter: Abstände in der Gegend der Wellenlänge, wirken aufgrund der Beugung. Die Ablenkung ist im Gegensatz zu Glasprismen wellenlängen-linear und folgt einfacher Mathematik. Anwendung in der Physik zur Erforschung von ...  meist schon erledigt und beschrieben.
Die meisten Gitter werden zum Bau von Monochromatoren - genannt Spektrometer - verwendet, deshalb erscheinen sie als Ausschlachtteile auch in ebay.

Spektrometer für sichtbares Licht (VIS) und UV werden in der chemischen Analytik zur Mengenbestimmung von Substanzen und Elementen verwendet, auch im Spurenbereich.
Spektrometer für den Infrarotbereich dienen der chemischen Strukturaufklärung unbekannter Substanzen oder als Identitätsnachweis bekannter, schon mal gemessener Substanzen, qualitativ und quantitativ.

Da die meisten Hersteller in England oder USA sind, wird man im englischen Wikipedia eher fündig.
Stichwort. Grating, - Link http://en.wikipedia.org/wiki/Grating
Von dort aus http://gratings.newport.com/information/handbook/chapter2.asp
und http://gratings.newport.com/handbook/handbook.asp

.. hiebei lasse ich es erstmal   -   Werner

[Rawfoto]

Danke Werner,

Das hilft, natürlich auch für die Links ...

Liebe Grüße

Gerhard